JP7030824B2 - Optical neural component using waveguide architecture - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、光ニューラル・コンポーネント(photonic neural component)のための導波路アーキテクチャに関し、より詳細には、例えば、ニューラル・ネットワークの光ニューラル・コンポーネントのための導波路アーキテクチャに関する。 The present invention generally relates to waveguide architectures for photonic neural components, and more particularly to, for example, waveguide architectures for optical neural components of neural networks.
ニューラル・ネットワークおよびリザバー・コンピューティング(reservoir computing)などの非従来型のニューロモーフィック・コンピューティング(neuromorphic computing)・アーキテクチャは、性能の点で有望であるが、ニューロンを互いに接続する従来の電子アプローチは、いくつかの限界に直面している。例えば、IBM TrueNorth(R)システムは、時分割多重化の必要性のためにkHz範囲内の処理速度で動作する。最近、興奮可能な(excitable)オプトエレクトロニクス・デバイスが、この速度限界を潜在的に取り除く方法として関心を引き起こしている。(例えば、A.N., Tait et al., "Broadcast and Weight: An Integrated Network For Scalable Photonic Spike Processing," J. Light. Tech. 32, 3427, 2014、M.A. Nahmias et al., "An integrated analog O/E/O link for multi-channel laser neurons," Appl. Phys. Lett. 108, 151106 (2016)、およびK. Vandoorne et al., "Experimental demonstration of reservoir computing on a silicon photonics chip," Nature Communication 5, 3541, 2014を参照されたい。)しかし、そのような試みは、非常に高い電力消費および光損失によって制限されてきた。その一方で、損失が非常に低い導波路交差構造の製造が、最近、可能になっている。(例えば、N. Bamiedakis et al., "Low Loss and Low Crosstalk Multimode Polymer Waveguide Crossings for High-Speed Optical Interconnects," 2007 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), CMG1を参照されたい。)
Non-traditional neuromorphic computing architectures such as neural networks and reservoir computing are promising in terms of performance, but traditional electronic approaches that connect neurons to each other. Faces some limitations. For example, the IBM TrueNorth (R) system operates at processing speeds within the kHz range due to the need for time division multiplexing. Recently, excitable optoelectronic devices have raised interest as a way to potentially remove this speed limit. (For example, AN, Tait et al., "Broadcast and Weight: An Integrated Network For scalable Photonic Spike Processing," J. Light. Tech. 32, 3427, 2014, MA Nahmias et al., "An integrated analog O / E" / O link for multi-channel laser neurons, "Appl. Phys. Lett. 108, 151106 (2016), and K. Vandoorne et al.," Experimental demonstration of reservoir computing on a silicon photonics chip, "Nature
本発明は、導波路アーキテクチャを使用した光ニューラル・コンポーネントを提供する。 The present invention provides an optical neural component using a waveguide architecture.
本発明によれば、光ニューラル・コンポーネントが、複数の光送信機と、複数の光受信機と、基板上に形成された複数のノード間導波路と、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、送信する導波路のうちの少なくとも1つがノード間導波路のうちの少なくとも1つと交差するように基板上に形成された複数の送信する導波路であって、それぞれが、複数の光送信機のうちの光送信機に光学的に接続され、かつ光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、複数のノード間導波路のうちのノード間導波路に送信するように構成された、送信する導波路と、反射された光信号をもたらすべく複数のノード間導波路のうちのノード間導波路上で伝播する光信号をそれぞれが部分的に反射すべく、基板上に形成された複数のミラーと、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、受信する導波路のうちの少なくとも1つがノード間導波路のうちの少なくとも1つと交差するように基板上に形成された複数の受信する導波路であって、それぞれが、複数の光受信機のうちの光受信機に光学的に接続され、かつ複数のミラーのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機に送信するように構成された、受信する導波路と、複数のミラーのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する受信する導波路によって光受信機に送信される前に、重みを適用するようにそれぞれが構成された、基板上に形成された複数のフィルタとを含む。光ニューラル・コンポーネントは、従来の電子アプローチの速度制限を取り除きながら、設計柔軟性をサポートし得る。 According to the present invention, the optical neural component is a guide of one of a plurality of optical transmitters, a plurality of optical receivers, a plurality of internode waveguides formed on a substrate, and an intersecting waveguide. Multiple transmissions formed on the substrate such that the core of the waveguide passes through the core or cladding of the other waveguide and at least one of the transmitting waveguides intersects at least one of the internode waveguides. An optical signal that is optically connected to an optical transmitter among a plurality of optical transmitters and that receives an optical signal emitted from the optical transmitter. Is configured to be transmitted to the internode waveguide of multiple internode waveguides, the transmit waveguide and the internode conduction of multiple internode waveguides to provide a reflected optical signal. Multiple mirrors formed on the substrate and the core of one of the intersecting waveguides is the core or cladding of the other waveguide in order for each to partially reflect the optical signal propagating on the waveguide. A plurality of receiving waveguides formed on the substrate such that at least one of the receiving waveguides intersects with at least one of the internode waveguides, each of which is a plurality of receiving waveguides. Optically connected to the optical receiver of the optical receivers and transmitted to the optical receiver to receive the reflected optical signal provided by the mirrors of the plurality of mirrors and to receive the reflected optical signal. By a receiving waveguide in which the reflected optical signal receives the reflected optical signal to the received waveguide and the reflected optical signal provided by the mirror of the plurality of mirrors. Includes a plurality of filters formed on the substrate, each configured to apply weights prior to being transmitted to the optical receiver. Optical neural components can support design flexibility while removing the speed limits of traditional electronic approaches.
本発明の実施形態によれば、複数の光送信機は、同一の波長で光信号を発する2つ以上の光送信機を含んでよく、複数のノード間導波路は、2つ以上の光送信機のそれぞれに専用のノード間導波路を含んでよい。複数のフィルタは、中性密度フィルタを含んでよい。光ニューラル・コンポーネントは、ノード間導波路上で光信号を波長分割多重化(WDM)する必要なしに、単純な構造の設計をサポートし得る。 According to an embodiment of the present invention, a plurality of optical transmitters may include two or more optical transmitters that emit optical signals at the same wavelength, and a plurality of internode waveguides may include two or more optical transmissions. Each machine may include a dedicated internode waveguide. The plurality of filters may include a neutral density filter. Optical neural components can support the design of simple structures without the need for wavelength division multiplexing (WDM) of optical signals over internode waveguides.
本発明の実施形態によれば、光ニューラル・コンポーネントは、基板上に形成された複数の結合器をさらに含んでよく、各結合器は、複数の受信する導波路のうちの受信する導波路の上で伝播する光信号に入力光信号を光学的に加算するように構成される。受信する導波路の各導波路の上で伝播する光信号は、受信する導波路が接続された光受信機に送信される間、複数の結合器のうちの結合器を介して受信する導波路のうちの別の導波路上で伝播する光信号に光学的に加算されてよく、光学的加算は、複数の光フィルタのうちの光フィルタによって重みが適用された後に行われる。複数の結合器は、第1の入口アームおよび出口アームによって複数の導波路のうちの第1の受信する導波路に接続されたY字形の導波路構造を有する結合器を含んでよく、結合器は、入力信号がY字形の導波路構造の第2の入口アームに入り、かつ第2の入口アームがY字形の導波路構造の第1の入口アームと出会う第1の受信する導波路上で伝播する光信号に加わるように、入力信号として、複数の受信する導波路のうちの第2の受信する導波路上で伝播する光信号を受信するように構成される。光ニューラル・コンポーネントは、受信する導波路上で光信号の重み付けされた加算またはファンイン(fan-in)をサポートしてよく、必要な光受信機の数を低減する。 According to an embodiment of the invention, the optical neural component may further include a plurality of conjugates formed on the substrate, where each combiner is a receiving waveguide out of a plurality of receiving waveguides. It is configured to optically add the input optical signal to the optical signal propagating above. The optical signal propagating on each waveguide of the receiving waveguide is received through the combiner of the plurality of couplers while the received waveguide is transmitted to the connected optical receiver. It may be optically added to an optical signal propagating on another of the waveguides, the optical addition being performed after the weights have been applied by the optical filters of the plurality of optical filters. The plurality of couplers may include a coupler having a Y-shaped waveguide structure connected to the first receiving waveguide of the plurality of waveguides by a first inlet arm and an outlet arm. Is on the first receiving waveguide where the input signal enters the second inlet arm of the Y-shaped waveguide and the second inlet arm meets the first inlet arm of the Y-shaped waveguide structure. As an input signal, the optical signal propagating on the second receiving waveguide among the plurality of receiving waveguides is configured to be received so as to be added to the propagating optical signal. Optical neural components may support weighted addition or fan-in of optical signals on the receiving waveguide, reducing the number of optical receivers required.
本発明の実施形態によれば、複数のフィルタは、適用される重みを変更するように交換され得る交換可能なフィルタを含んでよい。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントを備えるニューラル・ネットワークを調整することをサポートしてよい。 According to embodiments of the invention, the plurality of filters may include interchangeable filters that may be interchanged to change the weights applied. The optical neural component may support tuning a neural network with the optical neural component.
本発明の実施形態によれば、複数のフィルタは、適用される重みを変更するように透過性が変化させられ得る可変フィルタを含んでよい。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントを備えるニューラル・ネットワークを調整することをサポートしてよい。 According to embodiments of the invention, the plurality of filters may include variable filters whose transparency can be varied to change the weights applied. The optical neural component may support tuning a neural network with the optical neural component.
本発明の実施形態によれば、光ニューラル・コンポーネントは、基板上に実装された複数の半導体チップをさらに含んでよく、半導体チップのそれぞれは、光送信機のうちの少なくとも1つ、または光受信機のうちの少なくとも1つを含む。光ニューラル・コンポーネントは、設計柔軟性をさらにサポートしてよい。 According to embodiments of the invention, the optical neural component may further include a plurality of semiconductor chips mounted on the substrate, each of which is at least one of an optical transmitter or an optical receiver. Includes at least one of the machines. Optical neural components may further support design flexibility.
本発明の実施形態によれば、複数の半導体チップは、光送信機チップと、光受信機チップとを含んでよく、光送信機チップのそれぞれは、光送信機のうちの1つまたは複数を含み、かつ光受信機チップのそれぞれは、光受信機のうちの1つまたは複数を含み、かつ光送信機チップは、1つまたは複数の光送信機が第1の波長で光信号を発する第1の光送信機チップと、1つまたは複数の光送信機が第2の波長で光信号を発する第2の光送信機チップとを含んでよい。光送信機チップのそれぞれは、同一の数の光送信機を含んでよく、光受信機チップのそれぞれは、同一の数の光受信機を含んでよく、光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の数は、光受信機チップのそれぞれに含まれる光受信機の数と同一であってよく、かつ送信する導波路を介して光送信機チップのそれぞれに接続されたノード間導波路の数は、光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の数、および光受信機チップのそれぞれに含まれる光受信機の数と同一であってよい。光ニューラル・コンポーネントは、ノード間導波路上で光信号を波長多重化することも、複素スペクトル・フィルタも必要とせずに、単純な構造の設計をサポートし得る。 According to embodiments of the present invention, the plurality of semiconductor chips may include an optical transmitter chip and an optical receiver chip, each of which comprises one or more of the optical transmitters. Each of the optical receiver chips comprises one or more of the optical receivers, and the optical transmitter chip is such that one or more optical transmitters emit an optical signal at a first wavelength. One optical transmitter chip and a second optical transmitter chip in which one or more optical transmitters emit an optical signal at a second wavelength may be included. Each of the optical transmitter chips may contain the same number of optical transmitters, each of the optical receiver chips may contain the same number of optical receivers, and the light contained in each of the optical transmitter chips. The number of transmitters may be the same as the number of optical receivers contained in each of the optical receiver chips, and of the internode waveguide connected to each of the optical transmitter chips via the transmitting waveguide. The number may be the same as the number of optical transmitters contained in each of the optical transmitter chips and the number of optical receivers contained in each of the optical receiver chips. Optical neural components can support the design of simple structures without the need for wavelength division multiplexing of optical signals over node-to-node waveguides or complex spectral filters.
本発明の実施形態によれば、半導体チップのそれぞれは、チップに含まれる少なくとも1つの光送信機、またはチップに含まれる少なくとも1つの光受信機が、基板に面するように配置されることが可能であり、送信する導波路は、基板に垂直な方向からの光を基板に平行な方向に向け直すように配置された入口ミラーを介して光送信機に接続されることが可能であり、かつ受信する導波路は、基板に平行な方向からの光を基板に垂直な方向に向け直すように配置された出口ミラーを介して光受信機に接続されてよい。光ニューラル・コンポーネントは、基板上に形成された導波路の使用をサポートすることによって設計柔軟性をさらにサポートしてよい。 According to an embodiment of the present invention, each semiconductor chip may have at least one optical transmitter contained in the chip or at least one optical receiver contained in the chip arranged so as to face a substrate. It is possible and the transmitting waveguide can be connected to the optical transmitter via an inlet mirror arranged to direct light from a direction perpendicular to the substrate in a direction parallel to the substrate. The receiving waveguide may be connected to the optical receiver via an exit mirror arranged so as to direct light from a direction parallel to the substrate in a direction perpendicular to the substrate. Optical neural components may further support design flexibility by supporting the use of waveguides formed on the substrate.
本発明の実施形態において、光ニューラル・コンポーネントは、複数のノード内信号線をさらに含み、各ノード内信号線は、複数の光受信機のうちの光受信機、および複数の光送信機のうちの光送信機に接続され、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。ノード内信号線を介して光送信機に接続された光受信機のそれぞれに関して、複数のミラーは、反射された光信号が光受信機に送信され、かつ光送信機によって発せられる光信号の波長に関して反射係数が実質的に0であるミラーを含む。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの機能をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。 In the embodiment of the present invention, the optical neural component further includes a plurality of intra-node signal lines, and each intra-node signal line is an optical receiver among a plurality of optical receivers and a plurality of optical transmitters. It is connected to the optical transmitter of the radio and is configured to receive an electrical signal representing the power of the optical signal received by the optical receiver and to transmit the electrical signal to the optical transmitter, resulting in a neuron. Connect the optical receiver and transmitter to form the inputs and outputs. For each of the optical receivers connected to the optical transmitter via the signal line within the node, the plurality of mirrors are such that the reflected optical signal is transmitted to the optical receiver and the wavelength of the optical signal emitted by the optical transmitter. Includes a mirror with a reflection coefficient of substantially 0 with respect to. The optical neural component may support the functionality of the optical neural component as a neural network or as part of the neural network.
本発明の実施形態によれば、ノード間導波路、送信する導波路、および受信する導波路は、基板の単一の層においてポリマで作られてよい。光ニューラル・コンポーネントは、光損失を低減しながら、設計柔軟性をサポートし得る。 According to embodiments of the invention, the internode waveguides, transmit waveguides, and receive waveguides may be polymerized in a single layer of substrate. Optical neural components can support design flexibility while reducing optical loss.
本発明の実施形態によれば、複数の光送信機は、差動ペアの光送信機のうちの一方が可変光信号を発する一方で、その差動ペアの光送信機のうちの他方が基準光信号を発する、差動ペアに分割される。光ニューラル・コンポーネントは、基板上に実装された複数の半導体チップをさらに含んでよく、半導体チップのそれぞれは、差動ペアのうちの1つまたは複数を含む。半導体チップのそれぞれは、差動ペアのうちの2つ以上を含んでよい。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの機能をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。 According to an embodiment of the present invention, in a plurality of optical transmitters, one of the optical transmitters of the differential pair emits a variable optical signal, while the other of the optical transmitters of the differential pair is the reference. Divided into differential pairs that emit optical signals. The optical neural component may further include a plurality of semiconductor chips mounted on the substrate, each of which comprises one or more of a differential pair. Each of the semiconductor chips may contain two or more of the differential pairs. The optical neural component may support the functionality of the optical neural component as a neural network or as part of the neural network.
本発明の実施形態によれば、複数のノード間導波路は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの2つ以上を有する第1のリングを含み、複数の光送信機は、第1のリングの内側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第1の内側光送信機グループを含んでよく、かつ複数の光受信機は、第1のリングの内側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第1の内側光受信機グループを含んでよい。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの入力/出力機能および拡張性をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。 According to an embodiment of the invention, the plurality of internode waveguides comprises a first ring having two or more of the internode waveguides arranged as concentric loops, the plurality of optical transmitters. It may include a first inner optical transmitter group having two or more of the optical transmitters placed inside the first ring, and the plurality of optical receivers may be placed inside the first ring. It may include a first inner optical receiver group having two or more of the received optical receivers. The optical neural component may support the input / output capabilities and extensibility of the optical neural component as a neural network or as part of the neural network.
本発明の実施形態によれば、複数のミラーは、第1のミラー・グループを含んでよく、第1のミラー・グループの各ミラーは、反射された光信号をもたらすべく第1のリングのノード間導波路上で伝播する光信号を部分的に反射するように配置され、光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第1の出力導波路のうちの少なくとも1つが第1のリングのノード間導波路のうちの少なくとも1つと交差するように基板上に形成された複数の第1の出力導波路をさらに含んでよく、各第1の出力導波路は、第1のリングの外側に接続され、かつ第1のミラー・グループのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を第1のリングの外側に送信するように構成される。光ニューラル・コンポーネントは、基板上に形成された第1の出力フィルタをさらに含んでよく、第1の出力フィルタは、複数のミラーのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する第1の出力導波路によって第1のリングの外側に送信される前に、重みを適用するように構成される。複数の光受信機は、第1のリングの外側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第1の外側光受信機を含んでよく、第1の外側光受信機グループの光受信機のそれぞれは、複数の第1の出力導波路のうちの第1の出力導波路に接続され、かつ第1の出力導波路によって送信される反射された光信号を受信するように構成される。複数のノード間導波路は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの2つ以上を有する第2のリングを含んでよく、複数の光送信機は、第2のリングの内側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第2の内側光送信機グループと、第2のリングの外側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第2の外側光送信機グループとを含んでよく、複数の光受信機は、第2のリングの内側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第2の光受信機グループを含んでよく、光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第2の入力導波路のうちの少なくとも1つが第2のリングのノード間導波路のうちの少なくとも1つと交差するように基板上に形成された複数の第2の入力導波路をさらに含んでよく、各第2の入力導波路は、第2の外側光送信機グループのうちの光送信機に光学的に接続され、かつ光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を第2のリングのノード間導波路に送信するように構成され、複数のノード内信号線は、複数のリング間ノード内信号線を含んでよく、各リング間ノード内信号線は、第1の外側光受信機グループのうちの光受信機、および第2の外側光送信機グループのうちの光送信機に接続され、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの入力/出力機能および拡張性をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。 According to embodiments of the invention, the plurality of mirrors may include a first mirror group, where each mirror of the first mirror group is a node of the first ring to provide a reflected optical signal. Arranged to partially reflect the optical signal propagating on the interwaveguide, the optical neural component is such that the core of one of the intersecting waveguides passes through the core or cladding of the other waveguide. Further, a plurality of first output waveguides formed on the substrate such that at least one of the first output waveguides intersects with at least one of the internode waveguides of the first ring. Each first output waveguide is connected to the outside of the first ring and is reflected so as to receive the reflected optical signal provided by the mirror in the first mirror group. It is configured to transmit the optical signal to the outside of the first ring. The optical neural component may further include a first output filter formed on the substrate, the first output filter being reflected by the reflected optical signal produced by the mirror of the plurality of mirrors. The optical signal is configured to apply weights before being transmitted outside the first ring by a first output waveguide that receives the reflected optical signal. The plurality of optical receivers may include a first outer optical receiver having two or more of the optical receivers located outside the first ring, the light of the first outer optical receiver group. Each of the receivers is connected to the first output waveguide of the plurality of first output waveguides and is configured to receive the reflected optical signal transmitted by the first output waveguide. To. The plurality of internode waveguides may include a second ring having two or more of the internode waveguides arranged as concentric loops, with the plurality of optical transmitters inside the second ring. A second inner optical transmitter group having two or more of the placed optical transmitters and a second outer light having two or more of the optical transmitters placed outside the second ring. A transmitter group may be included, and the plurality of optical receivers may include a second optical receiver group having two or more of the optical receivers placed inside the second ring. In the neural component, the core of one of the intersecting waveguides passes through the core or cladding of the other waveguide, and at least one of the second input waveguides is a node of the second ring. It may further include a plurality of second input waveguides formed on the substrate to intersect at least one of the interwaves, each second input waveguide being a second outer optical transmitter group. Optically connected to the optical transmitter and to receive the optical signal emitted from the optical transmitter, and to transmit the received optical signal to the internode waveguide of the second ring. A plurality of intra-node signal lines configured may include a plurality of inter-ring node intra-node signal lines, each inter-ring node intra-node signal line being an optical receiver within a first outer optical receiver group, and a first. To receive an electrical signal that is connected to an optical transmitter in the outer optical transmitter group of 2 and represents the power of the optical signal received by the optical receiver, and to transmit the electrical signal to the optical transmitter. As a result, the optical receiver and optical transmitter are connected to form the input and output of the neuron. The optical neural component may support the input / output capabilities and extensibility of the optical neural component as a neural network or as part of the neural network.
本発明の実施形態によれば、光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第1の入力導波路のうちの少なくとも1つが第1のリングのノード間導波路のうちの少なくとも1つと交差するように基板上に形成された複数の第1の入力導波路をさらに含んでよく、各第1の入力導波路は、第1のリングの外側に接続され、かつ第1のリングの外側から光信号を受信するように、かつ受信された光信号を第1のリングのノード間導波路に送信するように構成される。複数の光送信機は、第1のリングの外側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第1の外側光送信機グループを含んでよく、第1の外側光送信機グループの第1の光送信機のそれぞれは、複数の第1の入力導波路のうちの第1の入力導波路に光学的に接続され、かつ第1の入力導波路によって送信されるべき光信号を発するように構成される。複数のノード間導波路は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの2つ以上を有する第2のリングを含んでよく、複数の光送信機は、第2のリングの内側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第2の内側光送信機グループを含んでよく、複数の光受信機は、第2のリングの内側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第2の内側光受信機グループと、第2のリングの外側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第2の外側光受信機グループとを含んでよく、複数のミラーは、第2のミラー・グループを含んでよく、第2のミラー・グループの各ミラーは、反射された光信号をもたらすべく第2のリングのノード間導波路上で伝播する光信号を部分的に反射するように構成され、光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第2の出力導波路のうちの少なくとも1つが第2のリングのノード間導波路のうちの少なくとも1つと交差するように基板上に形成された複数の第2の出力導波路をさらに含んでよく、各第2の出力導波路は、第2の外側光受信機グループのうちの光受信機に光学的に接続され、かつ第2のミラー・グループのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機に送信するように構成され、複数のノード内信号線は、複数のリング間ノード内信号線を含んでよく、各リング間ノード内信号線は、第1の外側光受信機グループのうちの光受信機、および第2の外側光受信機グループのうちの光受信機に接続され、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。光ニューラル・コンポーネントは、光ニューラル・コンポーネントの入力/出力機能および拡張性をニューラル・ネットワークとして、またはニューラル・ネットワークの一部としてサポートしてよい。 According to an embodiment of the invention, the optical neural component is such that the core of one of the intersecting waveguides passes through the core or cladding of the other waveguide and is of the first input waveguide. It may further include a plurality of first input waveguides formed on the substrate such that at least one of the first rings intersects at least one of the internode waveguides of the first ring, each first input waveguide. Is connected to the outside of the first ring and is configured to receive optical signals from outside the first ring and to transmit the received optical signals to the internode waveguides of the first ring. Will be done. The plurality of optical transmitters may include a first outer optical transmitter group having two or more of the optical transmitters placed outside the first ring, of the first outer optical transmitter group. Each of the first optical transmitters is optically connected to the first input waveguide of the plurality of first input waveguides and emits an optical signal to be transmitted by the first input waveguide. It is configured as follows. The plurality of internode waveguides may include a second ring having two or more of the internode waveguides arranged as concentric loops, with the plurality of optical transmitters inside the second ring. A second inner optical transmitter group having two or more of the placed optical transmitters may be included, and the plurality of optical receivers may be among the optical receivers placed inside the second ring. It may include a second inner optical receiver group having two or more and a second outer optical receiver group having two or more of the optical receivers located outside the second ring. The plurality of mirrors may include a second mirror group, and each mirror in the second mirror group is an optical signal propagating on the internode waveguide of the second ring to provide a reflected optical signal. The optical neural component is configured so that the core of one of the intersecting waveguides passes through the core or clad of the other waveguide and the second output waveguide. It may further include a plurality of second output waveguides formed on the substrate such that at least one of them intersects at least one of the internode waveguides of the second ring, each second output. The waveguide is optically connected to the optical receiver in the second outer optical receiver group and receives the reflected optical signal provided by the mirror in the second mirror group. And configured to transmit the reflected optical signal to the optical receiver, the plurality of intranode signal lines may include a plurality of interring node intranode signal lines, and each interring node intranode signal line may be the first. Receives an electrical signal that represents the power of the optical signal connected to the optical receiver in the outer optical receiver group and the optical receiver in the second outer optical receiver group and received by the optical receiver. And is configured to transmit electrical signals to the optical transmitter, thus connecting the optical receiver and the optical transmitter to form the inputs and outputs of the neuron. The optical neural component may support the input / output capabilities and extensibility of the optical neural component as a neural network or as part of the neural network.
本発明の前述、およびその他の特徴および利点は、添付の図面と併せて理解される、実施形態の後段の説明からより明白となろう。 The aforementioned and other features and advantages of the present invention will be more apparent from the later description of embodiments, which will be understood in conjunction with the accompanying drawings.
以下に、本発明の例示的な実施形態が説明される。実施形態は、特許請求の範囲によって規定される、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。実施形態において説明される特徴の組合せは、必ずしも本発明に不可欠なわけではない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described. Embodiments shall not be construed as limiting the scope of the invention as defined by the claims. The combination of features described in the embodiments is not necessarily essential to the present invention.
図1は、本発明の実施形態による光ニューラル・コンポーネント100のための導波路アーキテクチャの例示的な概略図を示す。図1に示される導波路アーキテクチャを使用して、光ニューラル・コンポーネント100は、基板、例えば、プリント回路基板の上で互いに交差するように形成された導波路を介して損失の低い光信号伝送によって光スパイク・コンピューティングをサポートすることができる。したがって、開示される導波路アーキテクチャは、従来の電子アプローチの速度制限を取り除きながら、設計柔軟性(例えば、レイアウト、材料、その他)を可能にすることができる。光ニューラル・コンポーネント100は、複数の光送信機チップ110Aないし110Dと、複数の光受信機チップ120Aないし120Dと、複数のノード間導波路130-1ないし130-16と、複数のミラー140Aないし140D(送信機からのミラー)複数の送信する導波路150-1ないし150-16と、複数のミラー160Aないし160D(受信機に向かうミラー)と、複数の受信する導波路170A-1ないし170A-16(この実施形態において170A-1、170A-5、170A-9、および170A-13が省かれる)、170B-1ないし170B-16(この実施形態において170B-2、170B-6、170B-10、および170B-14が省かれる)、170C-1ないし170C-16(この実施形態において170C-3、170C-7、170C-11、および170C-15が省かれる)、170D-1ないし170D-16(この実施形態において170D-4、170D-8、170D-12、および170D-16が省かれる)と、複数のフィルタ180Aないし180Dと、複数のノード内信号線190-1ないし190-16とを含んでよい。
FIG. 1 shows an exemplary schematic of a waveguide architecture for an optical
例示を容易にするため、ノード間導波路130-1ないし130-16のうち、最も内側のノード間導波路130-1および最も外側の信号線130-16だけが示され、中間の省略記号は、ノード間導波路130-2ないし130-15を表す。同様に、それぞれの光受信機チップ120Aないし120Dの近く以外では、受信する導波路120A-1ないし120A-16、120B-1ないし120B-16、120C-1ないし120C-16、120D-1ないし120D-16の一部分だけが示され、省略記号は、図2(後段で説明される)により詳細に示されるとおり、残りの受信する導波路を表す。さらに、限られたスペースのため、複数の送信する導波路150-1ないし150-16のうち、送信する導波路150-3、150-7、150-11、および150-15だけが、図1において参照符号を与えられる。同様に、示される複数の受信する導波路のうち、受信する導波路170C-2、170C-6、170C-10、および170C-14だけが、図1において参照符号を与えられ、複数のノード内信号線190-1ないし190-16のうち、ノード内信号線190-1、190-5、190-9、および190-13だけが、図1において参照符号を与えられる。それでも、図1に示される送信する導波路、受信する導波路、およびノード内信号線の省かれた参照符号は、接尾文字AないしDが、対応する光送信機チップ110Aないし110D、および光受信機チップ120Aないし120Dを参照するものと理解され、かつ接尾番号1ないし16が、対応するノード間導波路130-1ないし130-16を参照するものと理解されて、本開示の全体にわたって参照され得る。
For ease of illustration, of the internode waveguides 130-1 to 130-16, only the innermost internode waveguide 130-1 and the outermost signal line 130-16 are shown, with the abbreviations in the middle. , Represents internode waveguides 130-2 to 130-15. Similarly, except near the respective
光送信機チップ110Aは、複数の光送信機110-1、110-5、110-9、および110-13を含む。同様に、光送信機チップ110Bは、複数の光送信機110-2、110-6、110-10、および110-14を含み、光送信機チップ110Cは、複数の光送信機110-3、110-7、110-11、および110-15を含み、光送信機チップ110Dは、複数の光送信機110-4、110-8、110-12、および110-16を含むが、例示を容易にするため、光送信機110-1、110-5、110-9、および110-13だけが示される。この例において、接尾番号は、後段で説明されるとおり、送信する導波路によって光送信機が接続される、対応するノード間導波路を参照する。光送信機110-1ないし110-16のそれぞれは、例えば、光送信機チップ110Aないし110Dのそれぞれが、それぞれに含まれる光送信機として、垂直共振器面発光レーザ(VCSEL:vertical-cavity surface-emitting laser)を含むVCSELアレイを含み得るように、VCSELであってよい。光送信機チップ110Aないし110Dのそれぞれにおける複数の光送信機によって発せられる光信号は、同一の波長で発せられてよい。例えば、光送信機110-1ないし110-16のすべてによって発せられる光信号のすべてが、同一の波長で発せられてよい。このため、複数の光送信機110-1ないし110-16は、同一の波長で光信号を発する2つ以上の光送信機(例えば、光送信機110-1ないし110-16)を含んでよい。光送信機チップ110Aないし110Dは、基板、例えば、プリント回路基板の上に実装された半導体チップであってよい。このようにして、基板上に実装された複数の半導体チップが、光送信機チップ(例えば、光送信機チップ110Aおよび110B)を含んでよく、光送信機チップのそれぞれは、1つまたは複数の光送信機(例えば、光送信機チップ110Aの光送信機110-1、光送信機チップ110Bの光送信機110-2)を含み、光送信機チップは、1つまたは複数の光送信機が第1の波長で光信号を発する第1の光送信機チップ(例えば、光送信機チップ110A)と、1つまたは複数の光送信機が第1の波長で光信号を発する第2の光送信機チップ(例えば、光送信機チップ110B)とを含んでよい。
The
複数の光送信機110-1ないし110-16は、差動ペアの光送信機のうちの一方が可変光信号を発する一方で、その差動ペアの光送信機のうちの他方が基準光信号を発する、差動ペアに分割されてよい。例えば、各光送信機チップ(例えば、光送信機チップ110A)の第1の光送信機と第2の光送信機(例えば、光送信機110-1および110-5)が、可変光信号および基準光信号をそれぞれ発する差動ペアであってよい。このようにして、光送信機チップ110Aないし110Dのそれぞれは、光送信機の1つまたは複数の差動ペアを含んでよい。同様に、各光送信機チップ(例えば、光送信機チップ110A)の第3の光送信機と第4の光送信機(例えば、光送信機110-9および110-13)が、可変光信号および基準光信号をそれぞれ発する差動ペアであってよい。このため、光送信機チップ110Aないし110Dのそれぞれは、光送信機の2つ以上の差動ペアを含んでよい。例として光送信機110-1と110-5の差動ペアのなかで、この差動ペアが、SigA1-RefA1の差動パワーに対応する信号値を送信することができるように、光送信機110-1が、「SigA1」の可変パワーを有する可変光信号を発してよく、光送信機110-5が、「RefA1」の一定のパワーを有する基準光信号を発してよい。代替として、差動ペアのなかで、光送信機110-1が、可変光信号、「SigA1_positive」を発してよく、光送信機110-5が、可変光信号、「SigA1_positive」の反転された信号である「SigA1_negative」を発してよい。この実装形態において、信号値は、1/2(SigA1_positive-SigA1_negative)によって計算され得る。本開示において説明されるとおり、これらの信号のうちの一方(正または負)が、「可変」として参照され得る一方で、他方は、「基準」として参照される。
In the plurality of optical transmitters 110-1 to 110-16, one of the optical transmitters of the differential pair emits a variable optical signal, while the other of the optical transmitters of the differential pair emits a reference optical signal. May be split into differential pairs that emit. For example, the first optical transmitter and the second optical transmitter (eg, optical transmitters 110-1 and 110-5) of each optical transmitter chip (eg,
光受信機チップ120Aは、複数の光受信機120-1、120-5、120-9、および120-13を含む。同様に、光受信機チップ120Bは、複数の光受信機120-2、120-6、120-10、および120-14を含み、光受信機チップ120Cは、複数の光受信機120-3、120-7、120-11、および120-15を含み、光受信機チップ120Dは、複数の光受信機120-4、120-8、120-12、および120-16を含むが、例示を容易にするため、光受信機120-1、120-5、120-9、および120-13だけが示される。この例において、接尾番号は、後段で説明されるとおり、受信する導波路によって光受信機が接続される、対応するノード間導波路を参照する。(より詳細には、後段でより詳細に説明されるとおり、光受信機のそれぞれが、複数の受信する導波路によって複数のノード間導波路に接続されながら、ノード内信号線によって光送信機に接続されてよい。光受信機の接尾番号は、接続された光送信機の接尾番号と合致するように恣意的な規約によって選択されており、このことは、受信する導波路によって光受信機が接続されないノード間導波路に対応する接尾番号をもたらす。)光受信機120-1ないし120-16のそれぞれは、例えば、光受信機チップ120Aないし120Dのそれぞれが、それぞれに含まれる光受信機として、フォトダイオードを含むフォトダイオード・アレイを含み得るように、フォトダイオードであってよい。光受信機チップ120Aないし120Dは、基板、例えば、プリント回路基板の上に実装された半導体チップであってよい。基板は、光送信機チップ110Aないし110Dが実装されるのと同一の基板であってよい。このようにして、基板上に実装された複数の半導体チップが、光受信機チップ(例えば、光受信機チップ120Aおよび120B)を含んでよく、光受信機チップのそれぞれは、1つまたは複数の光受信機(例えば、光受信機チップ120Aの光受信機120-1、光受信機チップ120Bの光受信機120-2)を含む。より一般的には、基板上に実装された半導体チップのそれぞれが、光送信機のうちの少なくとも1つ(例えば、光送信機110-1)、または光受信機のうちの少なくとも1つ(例えば、光受信機120-1)を含んでよい。
The
複数のノード間導波路130-1ないし130-16は、基板、例えば、プリント回路基板の上に形成され、基板の単一の層においてポリマで作られてよい。(基板「上」は、基板の上層における形成に限定されず、基板内の形成を含むことに留意されたい。)複数のノード間導波路130-1ないし130-16は、光送信機チップ110Aないし110Dまたは光受信機チップ120Aないし120D、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上に形成されてよい。複数のノード間導波路130-1ないし130-16は、ファインピッチで配置されてよく、かつクラッドを共有してよい。複数のノード間導波路130-1ないし130-16は、同心のループ、例えば、円、楕円、長円、丸みを帯びた正方形もしくは長方形、丸みを帯びた五角形、または他の任意の丸みを帯びた多角形、あるいは同心のループとして配置され得る他の形状として配置されてよい。複数の光送信機110-1ないし110-16が、同一の波長で光信号を発する2つ以上の光送信機を含む事例において、複数のノード間導波路130-1ないし130-16は、2つ以上の光送信機のそれぞれに専用のノード間導波路を含んでよい。すなわち、ノード間導波路は、ノード間導波路が、それらが専用である光送信機から発せられた光信号しか伝播しないという意味において光送信機に専用であってよい。複数のノード間導波路130-1ないし130-16は、それぞれ、複数の光送信機110-1ないし110-16に専用であってよい。
Multiple node-to-node waveguides 130-1 to 130-16 may be formed on a substrate, eg, a printed circuit board, and polymerized in a single layer of the substrate. (It should be noted that the substrate "above" is not limited to the formation in the upper layer of the substrate, but includes the formation in the substrate.) The plurality of internode waveguides 130-1 to 130-16 are
複数の送信する導波路150-1ないし150-16は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、送信する導波路150-1ないし150-16のうちの少なくとも1つがノード間導波路130-1ないし130-16のうちの少なくとも1つと交差するように基板、例えば、プリント回路基板の上に形成される。複数の送信する導波路150-1ないし150-16は、ノード間導波路130-1ないし130-16が形成されるのと同一の基板上、または光送信機チップ110Aないし110Dまたは光受信機チップ120Aないし120D、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上、あるいはその両方の基板上に形成されてよい。送信する導波路150-1ないし150-16、およびノード間導波路130-1ないし130-16は、基板の単一の層においてポリマで作られてよい。各送信する導波路150-1ないし150-16は、複数の光送信機110-1ないし110-16のうちの光送信機に光学的に接続されてよく、かつ光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を、複数のノード間導波路130-1ないし130-16のうちのノード間導波路に送信するように構成される。図1の例において、ノード間導波路130-1ないし130-16のいずれとも交差しない送信する導波路150-1(参照符号が省かれており、図2を参照されたい)は、光送信機110-1に光学的に接続され(導波路150-1の位置付けによって概略で示されるとおり)、かつ光送信機110-1から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号をノード間導波路130-1に送信するように構成される。同様に、送信する導波路150-5(参照符号が省かれており、図2を参照されたい)は、光送信機110-5に光学的に接続され、かつ光送信機110-5から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号をノード間導波路130-5に送信するように構成される。しかし、送信する導波路150-1とは異なり、送信する導波路150-5は、ノード間導波路130-1ないし130-16のうちの少なくとも1つ、すなわち、ノード間導波路130-1ないし130-4と交差する。送信する導波路150-5およびノード間導波路130-1ないし130-4の光学特性(サイズ、屈折率分布、その他)のお陰で、送信する導波路150-5は、ノード間導波路130-5に向かう途中でノード間導波路130-1ないし130-4の各導波路のコアもしくはクラッドを通過してよい。代替として、ノード間導波路130-1ないし130-4の各導波路のコアは、送信する導波路150-5のコアもしくはクラッドを通過してよい。交差する導波路の間の光信号のクロストーク(例えば、一方の導波路からの光信号の部分が他方の導波路における光信号と組み合わさること)を低減すべく、交差ポイントにおける交差する導波路の間の角度は、90度に近くてよく、または実質的に90度であってよい。さらに、何らかの専用の屈折率分布スキームが、損失を減少させるべく適用され得る。(例えば、米国特許出願公開第2013/0101256号明細書("Design for reducing loss at intersection in optical waveguides")を参照されたい。)送信する導波路150-1および150-5が、それぞれの光送信機110-1および110-5から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号をそれぞれのノード間導波路130-1および130-5に送信するように接続され、かつ構成されるのと同様に、複数の送信する導波路150-1ないし150-16は、接尾番号-1ないし-16が、対応する光送信機110-1ないし110-16、およびノード間導波路130-1ないし130-16を参照するものと理解されて、それぞれの光送信機110-1ないし110-16から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号をノード間導波路130-1ないし130-16に送信するように光学的に接続され、かつ構成されてよい。
In the plurality of transmitted waveguides 150-1 to 150-16, the core of one of the intersecting waveguides passes through the core or cladding of the other waveguide, and the waveguides 150-1 to 150-16 are transmitted. At least one of 150-16 is formed on a substrate, eg, a printed circuit board, so as to intersect at least one of the internode waveguides 130-1 to 130-16. The plurality of transmitting waveguides 150-1 to 150-16 are on the same substrate on which the inter-node waveguides 130-1 to 130-16 are formed, or the
複数のミラー140Aないし140D(送信機からのミラー)は、基板、例えば、プリント回路基板の上に形成され、各ミラー140Aないし140Dは、光送信機110-1ないし110-16から発せられた光信号がノード間導波路130-1ないし130-16に伝送されるように、複数の送信する導波路150-1ないし150-16のうちの送信する導波路上で伝播する光信号を、複数のノード間導波路130-1ないし130-16のうちのノード間導波路上に反射するように構成される。例えば、ミラー140Aは、送信する導波路150-1、150-5、150-9、および150-13の上で伝播する光信号を、それぞれ、ノード間導波路130-1、130-5、130-9、および130-13の上に反射してよい。同様に、ミラー140Bは、送信する導波路150-2、150-6、150-10、および150-14の上で伝播する光信号を、それぞれ、ノード間導波路130-2、130-6、130-10、および130-14の上に反射してよく、ミラー140Cは、送信する導波路150-3、150-7、150-11、および150-15の上で伝播する光信号を、それぞれ、ノード間導波路130-3、130-7、130-11、および130-15の上に反射してよく、ミラー140Dは、送信する導波路150-4、150-8、150-12、および150-16の上で伝播する光信号を、それぞれ、ノード間導波路130-4、130-8、130-12、および130-16の上に反射してよい。本開示全体にわたって使用される、「ミラー」という術語は、ミラー・アレイとして配置された複数のミラー要素を参照し得る。例えば、ミラー140Aは、導波路150-1、150-5、150-9、および150-13のそれぞれ、またはこれらのうちの複数の上を伝播する光信号を別々に反射する複数のミラー要素を含んでよい。同様に、ミラー140Bは、導波路150-2、150-6、150-10、および150-14のそれぞれ、またはこれらのうちの複数の上を伝播する光信号を別々に反射する複数のミラー要素を含んでよい。また、「ミラー」という術語は、ミラー・アレイの単一のミラー要素を参照してもよい。複数のミラー140Aないし140Dは、ノード間導波路130-1ないし130-16が形成されるのと同一の基板、または光送信機チップ110Aないし110Dまたは光受信機チップ120Aないし120D、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上に形成されてよい。複数のミラー140Aないし140Dは、送信する導波路150-1ないし150-16に面する側に入射する光に関して実質的に1の反射係数を有してよい一方で、反対側に入射する光に関して実質的に0の反射係数を有する。このようにして、ミラー140Aないし140Dは、ノード間導波路130-1ないし130-16上で既に伝播する光信号が通過することを許しながら、送信する導波路150-1ないし150-16によって送信される光信号をノード間導波路130-1ないし130-16上に反射してよい。このことは、複数のミラー140Aないし140Dがミラー要素のアレイではなく、ノード間導波路130-1ないし130-16のすべてと交差する単純なミラーである事例において特に有用であり得る。ミラー140Aないし140Dがノード間導波路130-1ないし130-16のすべてと交差する、またはノード間導波路130-1ないし130-16のすべてに関するミラー要素を含む事例において、送信する導波路に面する側に入射する光に関する反射係数は、実質的に0、実質的に1、または送信する導波路が接続されていないノード間導波路に関して任意の恣意的な数値であってよい。
A plurality of
複数のミラー160Aないし160D(受信機に向かうミラー)は、基板、例えば、プリント回路基板の上に形成され、各ミラー160Aないし160Dは、反射された光信号をもたらすべく複数のノード間導波路130-1ないし130-16のうちのノード間導波路上で伝播する光信号をそれぞれが部分的に反射するように構成される。例えば、ミラー160Aは、ノード間導波路130-1ないし130-16のそれぞれの上で伝播する光信号を部分的に反射してよい。同様に、ミラー160Bないし160Dのそれぞれは、ノード間導波路130-1ないし130-16のそれぞれの上で伝播する光信号を部分的に反射してよい。複数のミラー160Aないし160Dは、ノード間導波路130-1ないし130-16が形成されるのと同一の基板上、または光送信機チップ110Aないし110Dまたは光受信機チップ120Aないし120D、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上、あるいはその両方の基板上に形成されてよい。
A plurality of
複数の受信する導波路170A-1ないし170A-16(この実施形態において170A-1、170A-5、170A-9、および170A-13が省かれる)、170B-1ないし170B-16(この実施形態において170B-2、170B-6、170B-10、および170B-14が省かれる)、170C-1ないし170C-16(この実施形態において170C-3、170C-7、170C-11、および170C-15が省かれる)、170D-1ないし170D-16(この実施形態において170D-4、170D-8、170D-12、および170D-16が省かれる)(以降、ひとまとめにして、受信する導波路170A-1ないし170D-16として参照される)は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、受信する導波路170A-1ないし170D-16のうちの少なくとも1つがノード間導波路130-1ないし130-16のうちの少なくとも1つと交差するように基板、例えば、プリント回路基板の上に形成される。複数の受信する導波路170A-1ないし170D-16は、ノード間導波路130-1ないし130-16が形成されるのと同一の基板上、または光送信機チップ110Aないし110Dまたは光受信機チップ120Aないし120D、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上、あるいはその両方の基板上に形成されてよい。受信する導波路170A-1ないし170D-16、送信する導波路150-1ないし150-16、およびノード間導波路130-1ないし130-16は、基板の単一の層においてポリマで作られてよい。各受信する導波路170A-1ないし170D-16は、複数の光受信機120-1ないし120-16のうちの光受信機に光学的に接続されてよく、かつ複数のミラー160Aないし160Dのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機に送信するように構成されてよい。図1に示される例において(図2も参照されたい)、受信する導波路170A-2(図1において参照符号が省かれる)は、光受信機120-1に光学的に接続され、かつミラー160Aによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機120-1に送信するように構成される。図2を参照して後段でより詳細に説明されるとおり、受信する導波路170A-2は、2つの結合器210を用いて受信する導波路170A-3および170A-4を介して光受信機120-1に光学的に接続されることに留意されたい。このようにして、受信する導波路170A-2、170A-3、および170A-4のそれぞれは、光受信機120-1に光学的に接続されると言われ得る。(同様に、受信する導波路170A-14、170A-15、および170A-16のそれぞれは、光受信機120-13に光学的に接続されると言われ得る。)受信する導波路170A-2は、ノード間導波路130-1ないし130-16のうちの少なくとも1つ、すなわち、ノード間導波路130-1と交差する。受信する導波路170A-2およびノード間導波路130-1の光学特性(サイズ、屈折率分布、その他)のお陰で、受信する導波路170A-2は、光受信機120-1に向かう途中でノード間導波路130-1のコアもしくはクラッドを通過してよい。代替として、ノード間導波路130-1のコアが、受信する導波路170A-2のコアもしくはクラッドを通過してよい。交差する導波路の間の光信号のクロストーク(例えば、一方の導波路からの光信号の部分が他方の導波路における光信号と組み合わさること)を低減すべく、交差ポイントにおける交差する導波路の間の角度は、90度に近くてよく、または実質的に90度であってよい。受信する導波路170A-2が、光受信機120-1に光学的に接続され、かつミラー160Aによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機120-1に送信するように構成されるのと同様に、複数の受信する導波路170A-1ないし170D-16は、光受信機120-1ないし120-16に光学的に接続されてよく、かつミラー160Aないし160Dによってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機120-1ないし120-16に送信するように構成されてよい。図2を参照して後段でより詳細に説明されるとおり、受信する導波路170A-1ないし170D-16の参照符号は、接尾文字AないしDが、対応する光受信機チップ120Aないし120Dを参照し、かつ接尾番号1ないし16が、受信する導波路がそこから光信号を受信する、対応するノード間導波路130-1ないし130-16を参照するように定義される。
複数のフィルタ180Aないし180Dは、基板、例えば、プリント回路基板の上に形成され、各フィルタ180Aないし180Dは、複数のミラー160Aないし160Dのうちのミラーによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する受信する導波路170A-1ないし170D-16によって光受信機120-1ないし120-16に送信される前に、重みを適用するように構成される。例えば、フィルタ180Aは、ミラー160Aによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、受信する導波路170A-2、170A-3、170A-4、170A-6、170A-7、170A-8、170A-10、170A-11、170A-12、170A-14、170A-15、および170A-16によって光受信機120-1、120-5、120-9、および120-13に送信される前に、重みを適用してよい。同様に、フィルタ180Bないし180Dのそれぞれは、それぞれ、ミラー180Bないし180Dによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、それぞれ、光受信機チップ120Bの光受信機120-2、120-6、120-10、120-14、光受信機チップ120Cの光受信機120-3、120-7、120-11、120-15、および光受信機チップ120Dの光受信機120-4、120-8、120-12、120-16に送信される前に、重みを適用してよい。複数のフィルタ180Aないし180Dは、ノード間導波路130-1ないし130-16が形成されるのと同一の基板上、または光送信機チップ110Aないし110Dまたは光受信機チップ120Aないし120D、あるいはその両方が実装されるのと同一の基板上、あるいはその両方の基板上に形成されてよい。複数のフィルタ180Aないし180Dのいずれか、またはすべては、中性密度フィルタであってよい。本開示の全体にわたって使用される、「フィルタ」という術語は、フィルタ・アレイとして配置された複数のフィルタ要素を参照し得る。例えば、フィルタ180Aは、受信する導波路170A-2、170A-3、170A-4、170A-6、170A-7、170A-8、170A-10、170A-11、170A-12、170A-14、170A-15、および170A-16のそれぞれの上で送信される光信号に別々の重みを適用する複数のフィルタを含んでよい。同様に、フィルタ180Bは、受信する導波路170B-1、170B-3、170B-4、170B-5、170B-7、170B-8、170B-9、170B-11、170B-12、170B-13、170B-15、および170B-16のそれぞれの上で送信される光信号に別々の重みを適用する複数のフィルタを含んでよい。
A plurality of
ノード内信号線190-1ないし190-16のそれぞれは、複数の光受信機120-1ないし120-16のうちの光受信機、および複数の光送信機110-1ないし110-16のうちの光送信機に接続され、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。例えば、ノード内信号線190-1は、光受信機120-1および光送信機110-1に接続されてよく、かつ光受信機120-1によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機110-1に送信するように構成されてよく、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機120-1と光送信機110-1を接続する。(送信する導波路、受信する導波路、およびノード間導波路を含む様々な導波路は、このため、シナプスとして機能してよい。)このようにして、図1の特定の例において、同一の接尾文字を有する送信機チップ110と受信機チップ120の各セット(例えば、送信機チップ110Aと受信機チップ120A)は、光送信機110-1ないし110-16が差動ペアに分割されるかどうかに依存して、2つ、または4つのニューロンを備えてよい。差動ペアの事例において、例えば、送信機チップ110Aと受信機チップ120Aのセットは、可変光送信機110-1と、基準光送信機110-5と、光受信機120-1および120-5と、ノード内信号線190-1および190-5とを有する第1のニューロンを含んでよく、かつ可変光送信機110-9と、基準光送信機110-13と、光受信機120-9および120-13と、ノード内信号線190-19および190-13とを有する第2のニューロンを含んでよい。しかし、チップ・ペアにおけるニューロンの数は、任意の数であり得る。さらに、一部の実施形態において、光送信機と光受信機は、単一のチップに実装され得る。
Each of the signal lines 190-1 to 190-16 in the node is an optical receiver among a plurality of optical receivers 120-1 to 120-16, and a plurality of optical transmitters 110-1 to 110-16. It is configured to receive an electrical signal that is connected to the optical transmitter and represents the power of the optical signal received by the optical receiver, and is configured to transmit the electrical signal to the optical transmitter, resulting in the input of the neuron. And connect the optical receiver and the optical transmitter to form the output. For example, the signal line 190-1 in the node may be connected to the optical receiver 120-1 and the optical transmitter 110-1, and may represent an electric signal representing the power of the optical signal received by the optical receiver 120-1. It may be configured to receive and transmit electrical signals to the optical transmitter 110-1, resulting in the optical receiver 120-1 and the optical transmitter 110-1 to form the inputs and outputs of the neurons. To connect. (Various waveguides, including transmit waveguides, receive waveguides, and internode waveguides, may therefore act as synapses.) Thus, in the particular example of FIG. 1, they are identical. For each set of transmitter chip 110 and receiver chip 120 having a suffix (eg,
図1の例において、光送信機チップ110Aないし110Dのそれぞれは、同一の数の光送信機(光送信機チップ110Aの場合、4つの光送信機110-1、110-5、110-9、および110-13)を含み、光受信機チップ120Aないし120Dのそれぞれは、同一の数の光受信機(光受信機チップ120Aの場合、4つの光送信機120-1、120-5、120-9、および120-13)を含む。さらに、光送信機チップ110Aないし110Dのそれぞれに含まれる光送信機の数(例えば、4つ)は、光受信機チップ120Aないし120Dのそれぞれに含まれる光受信機の数(例えば、4つ)と同一である。この事例において、送信する導波路を介して光送信機チップのそれぞれに接続されるノード間導波路130-1ないし130-16の数(例えば、送信する導波路150-1、150-5、150-9、および150-13を介して光送信機チップ110Aに接続されるノード間導波路130-1、130-5、130-9、および130-13、または送信する導波路150-2、150-6、150-10、および150-14を介して光送信機チップ110Bに接続されるノード間導波路130-2、130-6、130-10、および130-14のように4つ)は、光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の数(例えば、4つ)、および光受信機チップのそれぞれに含まれる光受信機の数(例えば、4つ)と同一であってよい。
In the example of FIG. 1, each of the
図2は、図1に示される導波路アーキテクチャの領域、すなわち、図1における破線の円で示される領域の例示的な図を示す。図2に示されるとおり、送信する導波路150-1、150-5、150-9、および150-13が、光送信機チップ110Aの光送信機110-1、110-5、110-9、および110-13からそれぞれ発せられた光信号を受信し、受信された光信号を、ミラー140Aを介して、それぞれ、ノード間導波路130-1、130-5、130-9、および130-13に送信する。その一方で、ノード間導波路130-2、130-3、130-4、130-6、130-7、130-8、130-10、130-11、130-12、130-14、130-15、および130-16上で伝播する光信号が、ミラー160Aによって反射され、反射された光信号が、光受信機チップ120Aの光受信機120-1、120-5、および120-9、120-13に送信されるべく受信する導波路170A-2、170A-3、170A-4、170A-6、170A-7、170A-8、170A-10、170A-11、170A-12、170A-14、170A-15、および170A-16によってそれぞれ受信される。ノード間導波路130-1、130-5、130-9、および130-13に対応する受信する導波路(例えば、受信する導波路170A-1、170-5、170-9、および170-13)は、ノード間導波路130-1、130-5、130-9、および130-13が、1つまたは複数のニューロンを形成すべく光受信機チップ120Aがチップ・ペアとして接続された光送信機チップ110Aから発せられた光信号を伝播させるため、この実施形態において省かれる。
FIG. 2 shows an exemplary diagram of the region of the waveguide architecture shown in FIG. 1, i.e., the region indicated by the dashed circle in FIG. As shown in FIG. 2, the transmitting waveguides 150-1, 150-5, 150-9, and 150-13 are optical transmitters 110-1, 110-5, 110-9, of the
実線として示されるノード間導波路は、光信号を伝える一方で、破線として示されるノード間導波路は、図2に示される部分において実質的に「空」である。後段で図3~図6に関して示され、説明されるミラー160Aないし160Dの反射係数のため、ミラー160Aは、ノード間導波路130-2、130-6、130-10、および130-14において伝播する残りの光信号を反射し、したがって、これらのノード間導波路を空にする(したがって、これらのノード間導波路は、ミラー160Aと交差した後、破線である)一方で、ミラー160Dによって空にされていて、既に空のノード間導波路130-1、130-5、130-9、および130-13は、ミラー140Aを介して送信する導波路150-1、150-5、150-9、および150-13から光信号を受信する(したがって、これらのノード間導波路は、ミラー140Aと交差した後、実線である)。
The internode waveguides shown as solid lines carry optical signals, while the internode waveguides shown as dashed lines are substantially "empty" in the portion shown in FIG. Due to the reflection coefficients of the
図2にも示されるとおり、光ニューラル・コンポーネントは、基板上に形成された複数の結合器210をさらに含んでよく、各結合器は、複数の受信する導波路170A-1ないし170D-16のうちの受信する導波路の上で伝播する光信号に入力光信号を光学的に加算するように構成される。図2において、8つのそのような結合器210が示される(それらのうち3つに参照符号が与えられる)。例えば、図2に示される一番上の結合器210(受信する導波路170A-2および170A-3を接続する)は、第1の入口アームおよび出口アームによって第1の受信する導波路170A-3に接続されたY字形の導波路構造を有し、結合器210は、入力信号がY字形の導波路構造の第2の入口アームに入り、かつ第2の入口アームがY字形の導波路構造の第1の入口アームと出会う第1の受信する導波路170A-3上で伝播する光信号に加わるように、入力信号として、第2の受信する導波路170A-2上で伝播する光信号を受信するように構成される。Y字形の導波路構造210の第1の入口アームおよび出口アームは、物理的に第1の受信する導波路170A-3の長さ、例えば、Y字形の導波路構造を形成すべく第2の入口アームが第1の受信する導波路170A-3と出会うポイントの前と後の長さであってよい。同様に、Y字形の導波路構造の第2の入口アームは、物理的に第2の受信する導波路170A-2の長さである。このようにして、受信する導波路(例えば、受信する導波路170A-2)のそれぞれの上で伝播する光信号は、受信する導波路が接続された光受信機(例えば、120-1)に送信される間、複数の結合器のうちの結合器210を介して受信する導波路(例えば、受信する導波路170A-3)のうちの別の導波路上で伝播する光信号に光学的に加算されてよく、光学的加算は、複数の光フィルタのうちの光フィルタ(例えば、180A)によって重みが適用された後に行われる。
As also shown in FIG. 2, the optical neural component may further include a plurality of
図2に示されるその他7つの結合器210は、それらの結合器210が接続する受信する導波路に関して同一の機能を有してよい。このようにして、3つの受信する導波路170A-2、170A-3、および170A-4は、組み合わされて1つの受信する導波路170A-4にされてよく、3つの受信する導波路170A-6、170A-7、および170A-8は、組み合わされて1つの受信する導波路170A-8にされてよく、3つの受信する導波路170A-10、170A-11、および170A-12は、組み合わされて1つの受信する導波路170A-12にされてよく、3つの受信する導波路170A-14、170A-15、および170A-16は、組み合わされて1つの受信する導波路170A-16にされてよい。結合器210の構造に依存して、より少ない結合器210が使用されてよく、例えば、各結合器210が、3つの受信する導波路を組み合わせる単一の3対1のY字形の導波路構造として形成される。同様の結合器210が、受信する導波路170A-1ないし170D-16のすべてに関して提供されてよい。例えば、各光受信機チップ120Aないし120Dに関連付けられた受信する導波路が、光受信機チップ120Aに関して図2に示されるとおり8つの結合器によって接続される場合、図1に示されるアーキテクチャは、32のそのような結合器210を有してよい。
The other seven
図3は、ミラー160Aの反射係数を含む図1に示される導波路アーキテクチャの例示的な図を示す。図4は、ミラー160Bの反射係数を含む図1に示される導波路アーキテクチャの例示的な図を示す。図5は、ミラー160Cの反射係数を含む図1に示される導波路アーキテクチャの例示的な図を示す。図6は、ミラー160Dの反射係数を含む図1に示される導波路アーキテクチャの例示的な図を示す。限られたスペースのため、および簡単にするため、光送信機チップ110Aないし110D、光受信機チップ120Aないし120D、ノード間導波路130-1ないし130-16(省略記号によって部分的に表される)、およびミラー160Aないし160Dだけに、図3~6において参照符号が与えられる。図1および図2に関して前述されるとおり、ノード間導波路130-1ないし130-16のそれぞれは、光送信機から発せられた光信号を伝播するように対応する単一の光送信機110-1ないし110-16に専用である。図3~図6の例において、ミラー160Aないし160Dは、各チップ・ペア(光受信機チップと光送信機チップの各ペア)の光受信機チップ120Aないし120Dが、その他のチップ・ペアの光送信機チップによって発せられた光信号のすべてを受信するように構成される。例えば、ミラー160Aは、光受信機チップ120Aが、光送信機チップ120B、120C、および120Dによって発せられた光信号のすべてを受信するように構成される。特に、前述したとおり、「ミラー」という術語は、ミラー・アレイとして配置された複数のミラー要素を参照し得る。このため、ミラー160Aないし160Dのそれぞれは、ノード間導波路130-1ないし130-16のそれぞれ、またはこれらのうちの複数の上を伝播する光信号を別々に反射する複数のミラー要素を含んでよい。図3~図6に示される導波路アーキテクチャに関して、ノード間導波路130-1ないし130-16上を伝播する光信号は、反時計回りに伝わっている。このため、光送信機チップ110Dによって発せられた光信号が、光受信機チップ120Aに向けて反射されるべくミラー160Aに到達したとき、光信号は、光受信機チップ120Bおよび120Cに向けて反射されるべくミラー160Bおよび160Cにまだ着信しておらず、したがって、ミラー160Aを透過して伝わることを許されなければならない。光送信機チップ110Cによって発せられた光信号が、光受信機120Aに到達したとき、光信号は、ミラー160Bにまだ着信しておらず、したがって、ミラー160Aを透過して伝わることを許されなければならない。光送信機チップ110Cによって発せられた光信号が、光受信機120Aに到達したとき、光信号は、さらに進む必要はない(光信号が、光送信機チップ110Cと同一のチップ・ペアの光受信機チップ110Cによって受信される必要がない事例において)。
FIG. 3 shows an exemplary diagram of the waveguide architecture shown in FIG. 1, which includes the reflectance coefficient of the
これらの原理に基づいて、ミラー160Aないし160Dは、図3~図6に示されるとおり構成されてよい。図3を代表的な例として使用して、ミラー160Aに関する反射係数が、ノード間導波路130-1ないし130-16のそれぞれに関して示される。表の左側の列にあるのは、ノード間導波路130-1ないし130-16をそれぞれ参照する番号1ないし16である。表の右側の列にあるのは、反射係数である。示されるとおり、ノード間導波路130-4、130-8、130-12、および130-16に関するミラー160Aの反射係数は、約0.33、つまり1/3であり、光送信機チップ110Dから発せられた光信号が、依然として、2つの光受信機チップ120Bおよび120Cによって受信されることを許し、ノード間導波路130-3、130-7、130-11、および130-15に関するミラー160Aの反射係数は、約0.5であり、光送信機チップ110Cから発せられた光信号の残りの2/3の1/2が、依然として、1つの光受信機チップ120Bによって受信されることを許し(最初の1/3は、ミラー160Dによって反射されている)、ノード間導波路130-2、130-6、130-10、および130-14に関するミラー160Aの反射係数は、約1であり、例えば、光送信機チップ110Cから発せられた光信号の残り(最初の2/3が、ミラー160Cおよび160Dによって反射された後)である。ノード間導波路130-1、130-5、130-9、および130-13に関するミラー160Aの反射係数に関しては、その反射係数が一部の実施形態において0であってよく、ミラー160Aによる、光送信機チップ110Aから発せられた残りの光信号の反射をまったく許さないため、またはその反射係数は、ミラー160B、160C、および160Dによって反射された後、そのような光信号がノード間導波路130-1、130-5、130-9、および130-13にまったく残らないという想定の下で任意の恣意的な値であってよいため、図3において0*として示される。ミラー160B、160C、および160Dは、図4、図5、および図6に示されるとおり、対応するように構成されてよい。このため、ノード内信号線190-1ないし190-16を介して光送信機110-1ないし110-16に接続された光受信機120-1ないし120-16のそれぞれに関して、複数のミラー160Aないし160Dは、反射された光信号が光受信機に送信され、かつ反射係数が、光送信機によって発せられた光信号に関して実質的に0であるミラーを含む。ミラー(例えば、ミラー160A)が、ミラー・アレイを参照する事例において、特定の光送信機によって発せられた光信号に関して(例えば、特定のノード間導波路上の光信号に関して)実質的に0の反射係数を有することは、ミラー・アレイにおけるその位置においてミラー要素をまったく有さないこと、または透明な表面を含め、その位置において任意の無反射表面を有することを参照してよいことに留意されたい。約0.33、0.5、および1の反射係数で、各光送信機からの各光信号は、実質的に反射され、かつ実質的に同一のパワー(導波路を通る光損失を考慮せずにこの実施形態において送信される光信号の1/3)を有する複数の光信号に分割されてよく、各分割された光信号は、対応する受信する導波路を通って伝播され得る。
Based on these principles, the
図7は、フィルタ180Aの恣意的な重みを含む図2に示される導波路アーキテクチャの領域の例示的な図を示す。限られたスペースのため、および簡単にするため、ノード間導波路130-1ないし130-16、送信する導波路150-1、150-5、150-9、および150-13、受信する導波路170A-2、170A-3、170A-4、170A-14、170A-15、および170A-16、ならびにフィルタ180Aだけに、図7において参照符号が与えられる。図3~図6に関連して例として説明されるとおり、ノード間導波路130-1ないし130-16のそれぞれの上で伝播する光信号(任意選択で、ノード間導波路130-1、130-5、130-9、および130-13の上で伝播する光信号を省いて)は、16の(または12の)送信機の各送信機の反射された光信号が、それぞれの受信する導波路170A-1ないし170A-16(任意選択で、この例に示されるとおり、受信する導波路170A-1、170A-5、170A-9、および170A-13を省いて)によって光受信機チップ120Aに送信される。重み付けは、フィルタが、前述されるとおり、複数のフィルタ要素を含むフィルタ・アレイであってよいので、受信する導波路170A-1ないし170A-16のそれぞれに関して異なってよい。
FIG. 7 shows an exemplary diagram of the region of the waveguide architecture shown in FIG. 2, which includes the arbitrary weighting of the
図7に示される特定の例において、受信する導波路170A-1ないし170A-16のそれぞれ(ただし、省かれる受信する導波路170A-1、170A-5、170A-9、および170A-13に対応するフィルタは、省かれ得る)に関して恣意的な重みが示される。簡単にするため、3つの陰影、すなわち、相対的に「透明な」フィルタリング、例えば、高い重みを表す白、相対的に「不透明な」フィルタリング、例えば、低い重みを表す黒、および中間レベルの重みを用いたフィルタリングを表すグレーが使用される。しかし、任意の数の重みグラデーションが可能であり得る。図7に示される例において、それぞれ、光受信機120-5および120-13に接続される受信する導波路170A-5ないし170A-8、および170A-13ないし170A-16は、差動ペアの基準光信号用であり、このため、これらの受信する導波路には、この例において中間レベルの重み(グレー)が与えられる。受信する導波路170A-1ないし170A-4、および170A-9ないし170A-12に関して示される重みは、重みの任意の恣意的な分布を表すように意図される。このようにして、フィルタ180Aは、光送信機110-1ないし110-16のそれぞれによって発せられる光信号に別々に重み付けしてよい。同様に、フィルタ180B、180C、および180Dは、同一の重み分布を使用すること、または異なる重み分布を使用することによって、光送信機110-1ないし110-16のそれぞれによって発せられる光信号に別々に重み付けしてよい。いくつかの実施形態において、フィルタ180Aは、受信する導波路170A-1、170A-5、170A-9、および170A-13が存在しなくてよいため、またはミラー160Aないし160Dが、受信する導波路170A-1、170A-5、170A-9、および170A-13が光信号(そのような光信号は、同一のチップ・ペアの光送信機チップ110Aによって発せられている)を受信することを防止するように構成され得るため、あるいはその両方のため、光送信機110-1、110-5、110-9、および110-13(例えば、省かれる光受信機170A-1、170A-5、170A-9、および170A-13上で伝播する光信号)に対応する光信号に重みをまったく適用しなくてよい(または0の重みを適用してよい)。同じことが、その他のフィルタ180Bないし180Dに関して対応するように当てはまる。
In the particular example shown in FIG. 7, the receiving
一部の実施形態において、フィルタ180Aないし180Dの重みを変更することが可能であり得る。例えば、フィルタ180Aないし180Dは、適用される重みを変更すべく交換され得る、例えば、物理的に取り外され、かつ取り替えられ得る1つまたは複数の交換可能なフィルタを含んでよい。この取り替えは、ユーザの手作業で行われ得る。このことの代わりに、光ニューラル・コンポーネント100に接続された、または含まれるコントローラまたはコンピュータによって制御されるマニピュレータまたは機構が、各フィルタ180Aないし180D、または各受信する導波路170A-1ないし170D-16上の個々のフィルタ要素を変更してよい。別の例として、フィルタ180Aないし180Dは、適用される重みを変更すべく透明度が変えられ得る1つまたは複数の可変フィルタを含んでよい。透明度を変えることは、様々な方法で、例えば、駆動電圧を変更することによって透明度が変更され得る液晶フィルタを使用して、光のパワーを変更すべく光減衰器を使用して、光信号をいくつかのサブ導波路に分割し、かつサブ導波路の一部分だけが光信号を伝播することを許すべく光スイッチを選択的にONにすること、およびOFFにすることを行って、実現されてよい。例として、光受信機120-4(光受信機チップ120Dの)が、導波路を通るパワー損失を考慮せずに、TT×1、TT×2、TT×3は、それぞれ、光送信機110-1(光送信機チップ110Aの)、光送信機110-2(光送信機チップ110Bの)、光送信機110-3(光送信機チップ110Cの)からの発せられた光信号のパワーを表し、WD-1、WD-2、WD-3は、それぞれ、受信する導波路170D-1、170D-2、および170D-3に関するフィルタ180Aの透明度係数に基づく重みである、PR×4=1/3(WD-1TT×1+WD-2TT×2+WD-3TT×3)の合計パワーを有する光信号(光受信機120-4に送信されるべく結合器210によって組み合わされる)を受信してよく、光受信機120-4と120-8の(やはり、光受信機チップ120Dの)差動ペアが、PR×4およびPR×8のパワーを有する差動光信号を受信し、受信された値が、これらのパワーの差(例えば、PR×4&8=PR×4-PR×8)に基づいて計算される。光受信機(例えば、120-4と120-8)のペアおよび光送信機(例えば、110-4と110-8)の対応する差動ペアのセットが、各ニューロンに含まれてよく、ニューロンの出力は、受信された値にシグモイド関数などのニューラル出力関数f(x)を適用すること、または積分発火スパイキング・モデル(Integrate and Fire spiking model)によって計算されてよい。例えば、光送信機110-4と110-8の差動ペアから出力された光パワーの差によって表される、出力信号の値は、f(PR×4&8)に基づいて算出されて(例えば、比例的に算出されて)よい。
In some embodiments, it may be possible to change the weights of the
図8は、送信機チップ110Aおよび送信する導波路150-1が上に形成された基板の一部分の例示的な側面図を示す。図8の例において、送信する導波路150-1がその上に形成される基板は、光送信機チップ110Aが実装されるのと同一の基板である。図8に示されるとおり、送信する導波路150-1は、基板に垂直な方向からの光を基板に平行な方向に向け直すように、例えば、基板に対して実質的に45°の角度で位置付けられた入口ミラー810と一緒に、基板(送信する導波路150-1がその上に形成される水平表面によって表される)の表面上に形成される。光送信機110-1を含む光送信機チップ110Aは、例えば、フリップ・チップ・ボンディングによって、光送信機110-1が基板に面して基板に実装される。破線は、光送信機110-1によって発せられる光信号を概略で表す。
FIG. 8 shows an exemplary side view of a portion of the substrate on which the
図9は、受信機チップ120Aおよび受信する導波路170A-4がその上に形成される基板の一部分の例示的な側面図を示す。図9の例において、受信する導波路170A-4がその上に形成される基板は、光受信機チップ170Aが実装されるのと同一の基板である。図9に示されるとおり、受信する導波路170A-4は、基板に平行な方向からの光を基板に垂直な方向に向け直すように、例えば、基板に対して実質的に45°の角度で位置付けられた出口ミラー910と一緒に、基板(受信する導波路170A-4がその上に形成される水平表面によって表される)の表面上に形成される。光受信機120-1を含む光送信機チップ120Aは、例えば、フリップ・チップ・ボンディングによって、光受信機120-1が基板に面して基板に実装される。破線は、光受信機120-4によって発せられる光信号を概略で表す。
FIG. 9 shows an exemplary side view of a portion of the substrate on which the
図8に関して説明される構成は、光送信機チップ110Aに接続された送信する導波路150-5、150-9、および150-13のうちの残りの送信する導波路にも適用されてよく、図9に関して説明される構成は、光受信機チップ120Aに接続された受信する導波路170A-8、170A-12、および170A-16のうちの残りの受信する導波路にも適用されてよい。さらに、図8および図9に関して説明される構成は、送信する導波路150-1ないし150-16および光送信機チップ110Bないし110Dのうちの残りのもの、受信する導波路170A-1ないし170A-16および光受信機チップ120Bないし120Dのうちの残りのものに対応するように適用されてよい。このため、光送信機チップ110Aないし110Dおよび光受信機チップ120Aないし120Dのそれぞれは、チップに含まれる少なくとも1つの光送信機(例えば、光送信機110-1)、またはチップに含まれる少なくとも1つの光受信機(例えば、光受信機120-1)が基板に面するように位置付けられてよく、送信する導波路150-1ないし150-16は、入口ミラー810を介して光送信機110-1ないし110-16に接続され、受信する導波路170A-1ないし170D-16は、出口ミラー910を介して光送信機120-1ないし120-16に接続される。
The configuration described with respect to FIG. 8 may also be applied to the remaining transmitting waveguides of the transmitting waveguides 150-5, 150-9, and 150-13 connected to the
光ニューラル・コンポーネント100の様々な導波路および結合器210は、基板の層に下部クラッド層を形成すること、下部クラッド層上にコア層を形成すること、およびコア層上に上部クラッド層を形成することによって製造されてよい。下部クラッド層および上部クラッド層は、例えば、スピン・コートまたはカーテン・コート、および焼成を使用して第1のポリマを施すことによって形成されてよい。下部クラッド層および上部クラッド層は、複数の平行の導波路によって共有されてよい。コア層は、例えば、スピン・コートまたはカーテン・コート、および焼成を使用して第2のポリマ、または同一のポリマを施すことによって形成されてよく、コアとなるべき部分に開口を有するフォトマスク・パターンが、第2のポリマ上に形成され、かつ屈折率を高めるべく紫外線を照射される。ミラー140Aないし140D、ミラー160Aないし160D、入口ミラー810、および出口ミラー910は、例えば、コアの端部を切断すること、およびアルミニウム、銀、その他などのミラー材料の蒸着によって反射表面を形成することによって、導波路の形成中に形成されてよく、または全反射機構が使用されてよい。
The various waveguides and
図10は、本発明の実施形態による光ニューラル・コンポーネント100のための導波路アーキテクチャの例示的な図を示す。図10のアーキテクチャは、図1のアーキテクチャがどのように、送信機チップと受信機チップのより多くのペア、例えば、より多くのニューロンを含むように拡張され得るかの例である。例示を容易にするため、ノード間導波路130-1ないし130-32のうち、最も内側のノード間導波路130-1および130-17、および最も外側の信号線130-16および130-32だけが示され、中間の省略記号は、ノード間導波路130-2ないし130-15、およびノード間導波路130-18ないし130-31を表す。同様に、それぞれの光受信機チップ120Aないし120Hの近く以外では、受信する導波路120A-1ないし120H-16の一部分だけが示され、省略記号は、前述の図2により詳細に示されるとおり、残りの受信する導波路を表す。限られたスペースのため、複数の送信する導波路150-2、150-4、150-6、150-8、150-10、150-12、150-14、150-16、150-17、150-18、150-20、150-21、150-22、150-24、150-25、150-26、150-28、150-29、150-30、および150-32(例えば、送信する導波路150-1ないし150-32は、後段で説明される入力導波路1030-1、1030-3、1030-5、1030-7、1030-9、1030-11、1030-13、1030-15、1030-19、1030-23、1030-27、および1030-31)のうち、送信する導波路150-4、150-8、150-12、および150-16だけに、図10において参照符号が与えられる。同様に、複数のミラー140Aないし140H(送信機からのミラー)のうち、ミラー140Bだけに、図10において参照符号が与えられ、複数のミラー160Aないし160H(受信機に向かうミラー)のうち、ミラー160Bだけに、図10において参照符号が与えられ、複数のフィルタ180B、180D、180E、180F、および180Hのうち、フィルタ180Bだけに、図10において参照符号が与えられ、複数の受信する導波路170B-1ないし170B-16、170D-1ないし170D-16、170E-17ないし170E-32、170F-17ないし170F-32、および170H-17ないし170H-32のうち、受信する導波路170D-3、170D-7、170D-11、および170D-15だけに、図10において参照符号が与えられ、複数のノード内信号線190-2、190-4、190-6、190-8、190-10、190-12、190-14、190-16、190-17、190-18、190-20、190-21、190-22、190-24、190-25、190-26、190-28、190-29、190-30、および190-32のうち、ノード内信号線190-20、190-24、190-28、および190-32だけに、図10において参照符号が与えられる。それでも、図7に示される送信する導波路、結合器、ミラー、受信する導波路、フィルタ、およびノード内信号線の省かれた参照符号は、図1および図2に関連して前述されるのと同じ様態で、接尾文字AないしHが、対応する光送信機チップ110Aないし110H、および光受信機チップ120Aないし120Hを参照するものと理解され、かつ接尾番号1ないし32が、対応するノード間導波路130-1ないし130-32を参照するものと理解されて、本開示の全体にわたって参照され得る。
FIG. 10 shows an exemplary diagram of a waveguide architecture for an optical
図1の光送信機チップ110Aないし110Dが、それぞれ接続されたノード間導波路130-1ないし130-16に対応するそれぞれの複数の光送信機110-1、110-5、110-9、110-13、光送信機110-2、110-6、110-10、および110-14、光送信機110-3、110-7、110-11、110-15、および光送信機110-4、110-8、110-12、110-16を含むのと同様に、図10の光送信機チップ110Aないし110Hは、それぞれ接続されたノード間導波路130-17ないし130-32に対応するそれぞれの複数の光送信機110-17、110-21、110-25、110-29、光送信機110-18、110-22、110-26、110-30、光送信機110-19、110-23、110-27、110-31、および光送信機110-20、110-24、110-28、110-32を含むが、例示を容易にするため、光送信機のいずれも図10に示されない。同じ様態で、図1の光受信機チップ120Aないし120Dが、それぞれの複数の光受信機120-1、120-5、120-9、および120-13、光受信機120-2、120-6、120-10、および120-14、光受信機120-3、120-7、120-11、および120-15、および光受信機120-4、120-8、120-12、および120-16を含むのと同様に、図10の光受信機チップ120Aないし120Hは、それぞれの複数の光受信機120-1、120-5、120-9、および120-13、光受信機120-17、120-21、120-25、および120-29、光受信機120-18、120-22、120-26、および120-30、光受信機120-19、120-23、120-27、および120-31、および光受信機120-20、120-24、120-28、および120-32を含むが、例示を容易にするため、光受信機のいずれも図10に示されない。
The
図1の例において、複数のノード間導波路130-1ないし130-16は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの2つ以上を有する第1のリング(例えば、ノード間導波路130-1ないし130-16)を含み、複数の光送信機110-1ないし110-16は、第1のリングの内側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第1の内側光送信機グループ(例えば、光送信機110-1ないし110ー16)を含み、複数の光受信機120-1ないし120-16は、第1のリングの内側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第1の内側光受信機グループ(例えば、光受信機120-1ないし120-16)を含む。図10の例において、図1と同様に、複数のノード間導波路130-1ないし130-32は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの2つ以上を有する第1のリング(例えば、ノード間導波路130-1ないし130-16)を含み、複数の光送信機110-1ないし110-32は、第1のリングの内側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第1の内側光送信機グループ(例えば、光送信機チップ110Bの光送信機110-2、110-6、110-10、および110-14、ならびに光送信機チップ110Dの光送信機110-4、110-8、110-12、および110-16)を含み、複数の光受信機120-1ないし120-32は、第1のリングの内側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第1の内側光受信機グループ(例えば、光受信機チップ120Bの光受信機120-2、120-6、120-10、および120-14、ならびに光受信機チップ120Dの光受信機120-4、120-8、120-12、および120-16)を含む。第1の複数の光送信機110-1ないし110-32は、第1のリングの外側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第1の外側光送信機グループ(例えば、光送信機チップ110Aの光送信機110-1、110-5、110-9、および110-13、ならびに光送信機チップ110Cの光送信機110-3、110-7、110-11、および110-15)をさらに含んでよく、複数の受信機120-1ないし120-32は、第1のリングの外側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第1の外側光受信機グループ(例えば、光受信機チップ120Aの光受信機120-1、120-5、120-9、および120-13、ならびに光受信機チップ120Cの光受信機120-3、120-7、120-11、および120-15)をさらに含んでよい。
In the example of FIG. 1, the plurality of inter-node waveguides 130-1 to 130-16 is a first ring having two or more of the inter-node waveguides arranged as concentric loops (eg, inter-node conduction). A first, including waveguides 130-1 to 130-16), wherein the plurality of optical transmitters 110-1 to 110-16 have two or more of the optical transmitters placed inside the first ring. A plurality of optical receivers 120-1 to 120-16 include an inner optical transmitter group (eg, optical transmitters 110-1 to 110-16) of the optical receivers placed inside the first ring. Includes a first inner optical receiver group having two or more of them (eg, optical receivers 120-1 to 120-16). In the example of FIG. 10, as in FIG. 1, the plurality of internode waveguides 130-1 to 130-32 have a first ring having two or more of the internode waveguides arranged as concentric loops. Multiple optical transmitters 110-1 to 110-32, including (eg, internode waveguides 130-1 to 130-16), are two of the optical transmitters placed inside the first ring. The first inner optical transmitter group having the above (for example, the optical transmitters 110-2, 110-6, 110-10, and 110-14 of the
図10に示されるとおり、複数のノード間導波路130-1ないし130-2は、複数のノード間導波路130-1ないし130-32は、同心のループとして配置されたノード間導波路のうちの2つ以上を有する第2のリング(例えば、ノード間導波路130-17ないし130-32)をさらに含み、複数の光送信機110-1ないし110-32は、第2のリングの内側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第2の内側光送信機グループ(例えば、光送信機チップ110Eの光送信機110-17、110-21、110-25、および110-29、ならびに光送信機チップ110Fの光送信機110-18、110-22、110-26、および110-30、ならびに光送信機チップ110Hの光送信機110-20、110-24、110-28、および110-32)を含み、複数の光受信機120-1ないし120-32は、第2のリングの内側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第2の内側光受信機グループ(例えば、ノード間導波路130-17ないし130-32)をさらに含み、複数の光送信機110-1ないし110-32は、第2のリングの内側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第2の内側光送信機グループ(例えば、光受信機チップ120Eの光受信機120-17、120-21、120-25、および120-29、ならびに光受信機チップ120Fの光受信機120-18、120-22、120-26、および120-30、ならびに光受信機チップ120Hの光受信機120-20、120-24、120-28、および120-32)を含む。第1の複数の光送信機110-1ないし110-32は、第2のリングの外側に置かれた光送信機のうちの2つ以上を有する第2の外側光送信機グループ(例えば、光送信機チップ110Gの光送信機110-19、110-23、110-27、および110-31)をさらに含んでよく、複数の受信機120-1ないし120-32は、第2のリングの外側に置かれた光受信機のうちの2つ以上を有する第2の外側光受信機グループ(例えば、光受信機チップ120Gの光受信機120-19、120-23、120-27、および120-31)をさらに含んでよい。
As shown in FIG. 10, the plurality of inter-node waveguides 130-1 to 130-2 are such that the plurality of inter-node waveguides 130-1 to 130-32 are among the inter-node waveguides arranged as concentric loops. A second ring having two or more of the above (eg, internode waveguides 130-17 to 130-32) is further included, and the plurality of optical transmitters 110-1 to 110-32 are inside the second ring. A second inner optical transmitter group having two or more of the placed optical transmitters (eg, optical transmitters 110-17, 110-21, 110-25, and 110-29 on the
前述されるとおり、複数のノード間導波路130-1ないし130-32は、複数のリング(例えば、ノード間導波路130-1ないし130-16を有する第1のリングとノード間導波路130-17ないし130-32を有する第2のリング)に分割されてよい一方で、光送信機および光受信機(ならびに、同様に、光送信機チップおよび光受信機チップ)は、各リングに関連付けられた内側グループと外側グループに分割され得る。同じ様態で、複数のミラー140Aないし140H(送信機からのミラー)は、各ミラーが第1のリングのノード間導波路(例えば、ノード間導波路130-1ないし130-16)上に光信号を反射すべく配置された、第1の送信機からのミラー・グループ(例えば、ミラー140Aないし140D)、および各ミラーが第2のリングのノード間導波路(例えば、ミラー130-17ないし130-32)上に光信号を反射すべく配置された、第2の送信機からのミラー・グループ(例えば、ミラー140Eないし140H)を含んでよい。同様に、複数のミラー160Aないし160H(受信機に向かうミラー)は、各ミラーが、反射された光信号をもたらすべく第1のリングのノード間導波路(例えば、ノード間導波路130-1ないし130-16)上で伝播する光信号を部分的に反射するように配置された、第1のミラー・グループ(例えば、ミラー160Aないし160D)と、各ミラーが、反射された光信号をもたらすべく第2のリングのノード間導波路(例えば、ノード間導波路130-17ないし130-32)上で伝播する光信号を部分的に反射するように配置された、第2のミラー・グループ(例えば、ミラー160Eないし160H)とを含んでよい。フィルタ180B、180D、180E、180F、および180H、ならびにノード内信号線190-2、190-4、190-6、190-8、190-10、190-12、190-14、190-16、190-17、190-18、190-20、190-21、190-22、190-24、190-25、190-26、190-28、190-29、190-30、および190-32も同様に、各リングに関連付けられたグループに分割されてよい。
As described above, the plurality of inter-node waveguides 130-1 to 130-32 are a first ring having a plurality of rings (for example, inter-node waveguides 130-1 to 130-16) and an inter-node waveguide 130-. The optical transmitter and receiver (and similarly the optical transmitter chip and optical receiver chip) are associated with each ring, while being divided into a second ring having 17-130-32. Can be divided into inner and outer groups. In the same manner, the plurality of
受信する導波路170A-1ないし170A-16、170C-1ないし170C-16、および170G-17ないし170G-32の代わりに、図10の導波路アーキテクチャは、第1のリングに関連付けられた第1の出力導波路1010A-1ないし1010A-16および1010C-1ないし1010C-16と、第2のリングに関連付けられた第2の出力導波路1010G-17ないし1010A-32に分割された、出力導波路1010A-1ないし1010A-16、1010C-1ないし1010C-16、および1010G-17ないし1010A-32を代わりに含む。(限られたスペースのため、出力導波路1010C-4、1010C-8、1010C-12、および1010C-16だけに、図10において参照符号が与えられる。)第1の出力導波路1010A-1ないし1010A-16、および1010C-1ないし1010C-16は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第1の出力導波路のうちの少なくとも1つ(例えば、第1の出力導波路1010C-14)が、第1のリングのノード間導波路のうちの少なくとも1つ(例えば、ノード間導波路130-16)と交差するように基板上に形成されてよい。各第1の出力導波路(例えば、1010C-14)は、第1のリングの外側に接続されてよく、かつ第1のミラー・グループのミラー(例えば、ミラー160C)によってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を第1のリングの外側に送信するように構成されてよい。同様に、第2の出力導波路1010G-17ないし1010G-32は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第2の出力導波路のうちの少なくとも1つ(例えば、第2の出力導波路1010G-30)が、第2のリングのノード間導波路のうちの少なくとも1つ(例えば、ノード間導波路130-32)と交差するように基板上に形成されてよい。各第2の出力導波路(例えば、1010G-30)は、第2のリングの外側に接続されてよく、かつ第2のミラー・グループのミラー(例えば、ミラー160G)によってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を第2のリングの外側に送信するように構成されてよい。
Instead of receiving
フィルタ180A、180C、および180Gの代わりに、図10の導波路アーキテクチャは、第1のリングに関連付けられた第1の出力フィルタ1020Aおよび1020Cと、第2のリングに関連付けられた第2の出力フィルタ1020Gに分割された、出力フィルタ1020A、1020C、および1020Gを代わりに含む。第1の出力フィルタ1020Aは、基板上に形成され、かつ複数のミラーのうちのミラー160Aによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する受信する第1の出力導波路(例えば、第1の出力導波路1010A-1ないし1010A-16)によって第1のリングの外側に送信される前に、重みを適用するように構成される。同様に、第1の出力フィルタ1020Cは、基板上に形成され、かつ複数のミラーのうちのミラー160Cによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する受信する第1の出力導波路(例えば、第1の出力導波路1010C-1ないし1010C-16)によって第1のリングの外側に送信される前に、重みを適用するように構成される。対応するように、第2の出力フィルタ1020Gは、基板上に形成され、かつ複数のミラーのうちのミラー160Gによってもたらされる反射された光信号に、反射された光信号が、反射された光信号を受信する受信する第1の出力導波路(例えば、第1の出力導波路1010G-17ないし1010G-32)によって第2のリングの外側に送信される前に、重みを適用するように構成される。
Instead of the
第1の外側光受信機グループの光受信機(例えば、光受信機チップ120Aの光受信機120-1、120-5、120-9、もしくは120-13、または光受信機チップ120Cの光受信機120-3、120-7、120-11、もしくは120-15)のそれぞれは、複数の第1の出力導波路(例えば、1010A-1ないし1010A-16、および1010C-1ないし1010C-16)のうちの第1の出力導波路に光学的に接続されてよく、かつ第1の出力導波路によって送信される反射された光信号を受信するように構成されてよい。同様に、第2の外側光受信機グループの光受信機(例えば、光受信機チップ120Gの光受信機120-19、120-23、120-27、および120-31)のそれぞれは、複数の第2の出力導波路(例えば、第2の出力導波路1010G-17ないし1010G-32)のうちの第2の出力導波路に光学的に接続されてよく、かつ第2の出力導波路によって送信される反射された光信号を受信するように構成されてよい。すなわち、各第2の出力導波路(例えば、第2の出力導波路1010G-17ないし1010G-32)は、第2の外側光受信機グループ(例えば、光受信機チップ120Gの光受信機120-19、120-23、120-27、および120-31)のうちの光受信機に光学的に接続されてよく、かつ第2のミラー・グループのうちのミラー(例えば、ミラー160G)によってもたらされる反射された光信号を受信するように、かつ反射された光信号を光受信機に送信するように構成されてよい。一部の実施形態において、第1の外側光受信機グループ(例えば、光受信機チップ120Aの光受信機120-1、120-5、120-9、もしくは120-13、または光受信機チップ120Cの光受信機120-3、120-7、120-11、もしくは120-15)、あるいは第2の外側光受信機グループ(例えば、光受信機チップ120Gの光受信機120-19、120-23、120-27、および120-31)のうちの1つまたは複数の光受信機は、このようにして、光ニューラル・コンポーネント100を含むニューラル・ネットワークの出力の役割をしてよい。例えば、図10に示される導波路アーキテクチャが、完全なニューラル・ネットワークである光ニューラル・コンポーネント100を表す事例において、光受信機チップ120Cは、ニューラル・ネットワークの出力の役割をしてよい。
Optical receiver of the first outer optical receiver group (eg, optical receiver 120-1, 120-5, 120-9, or 120-13 of
送信する導波路150-1、150-3、150-5、150-7、150-9、150-11、150-13、150-15、150-19、150-23、150-27、および150-31の代わりに、図10の導波路アーキテクチャは、第1のリングに関連付けられた第1の入力導波路1030-1、1030-3、1030-5、1030-7、1030-9、1030-11、1030-13、1030-15と、第2のリングに関連付けられた第2の入力導波路1030-19、1030-23、1030-27、および1030-31に分割された、入力導波路1030-1、1030-3、1030-5、1030-7、1030-9、1030-11、1030-13、1030-15、1030-19、1030-23、1030-27、および1030-31を代わりに含む。(限られたスペースのため、入力導波路1030-3、1030-7、1030-11、および1030-15だけに、図10において参照符号が与えられる。)第1の入力導波路1030-1、1030-3、1030-5、1030-7、1030-9、1030-11、1030-13、および1030-15は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第1の出力導波路のうちの少なくとも1つ(例えば、第1の出力導波路1030-11)が、第1のリングのノード間導波路のうちの少なくとも1つ(例えば、ノード間導波路130-15)と交差するように基板上に形成されてよい。各第1の入力導波路(例えば、1030-11)は、第1のリングの外側に接続されてよく、かつ第1のリングの外側から光信号を受信するように、かつ受信された光信号を第1のリングのノード間導波路(例えば、130-11)に送信するように構成されてよい。同様に、第2の入力導波路1030-19、1030-23、1030-27、および1030-31は、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、第2の入力導波路のうちの少なくとも1つ(例えば、第2の入力導波路1030-27)が、第2のリングのノード間導波路のうちの少なくとも1つ(例えば、ノード間導波路130-32)と交差するように基板上に形成されてよい。各第2の入力導波路(例えば、1030-27)は、第2のリングの外側に接続されてよく、かつ第2のリングの外側から光信号を受信するように、かつ受信された光信号を第2のリングのノード間導波路(例えば、130-27)に送信するように構成されてよい。 Waveguides 150-1, 150-3, 150-5, 150-7, 150-9, 150-11, 150-13, 150-15, 150-19, 150-23, 150-27, and 150 to transmit Instead of -31, the waveguide architecture of FIG. 10 is the first input waveguide associated with the first ring 1030-1, 1030-3, 1030-5, 1030-7, 1030-9, 1030-. An input waveguide 1030 divided into 11, 1030-13, 1030-15 and a second input waveguide 1030-19, 1030-23, 1030-27, and 1030-31 associated with a second ring. -1, 1030-3, 1030-5, 1030-7, 1030-9, 1030-11, 1030-13, 1030-15, 1030-19, 1030-23, 1030-27, and 1030-31 instead include. (Due to the limited space, only the input waveguides 1030-3, 1030-7, 1030-11, and 1030-15 are given reference numerals in FIG. 10.) First Input Waveguide 1030-1, In 1030-3, 1030-5, 1030-7, 1030-9, 1030-11, 1030-13, and 1030-15, the core of one of the intersecting waveguides is the core of the other waveguide. Alternatively, through the cladding, at least one of the first output waveguides (eg, first output waveguide 1030-11) is at least one of the internode waveguides of the first ring (eg, first output waveguide 1030-11). For example, it may be formed on the substrate so as to intersect the inter-node waveguide 130-15). Each first input waveguide (eg, 1030-11) may be connected to the outside of the first ring and so as to receive an optical signal from outside the first ring and the received optical signal. May be configured to transmit to the internode waveguide of the first ring (eg 130-11). Similarly, in the second input waveguides 1030-19, 1030-23, 1030-27, and 1030-31, the core of one of the intersecting waveguides is the core or clad of the other waveguide. Through, at least one of the second input waveguides (eg, second input waveguide 1030-27) is at least one of the internode waveguides of the second ring (eg, nodes). It may be formed on the substrate so as to intersect the interwaveguide 130-32). Each second input waveguide (eg, 1030-27) may be connected to the outside of the second ring and so as to receive an optical signal from outside the second ring and the received optical signal. May be configured to transmit to the internode waveguide in the second ring (eg 130-27).
第1の外側光送信機グループの光送信機(例えば、光送信機チップ110Aの光送信機110-1、110-5、110-9、および110-13、または光送信機チップ110Cの光送信機110-3、110-7、110-11、および110-15)のそれぞれは、複数の第1の入力導波路(例えば、1030-1、1030-3、1030-5、1030-7、1030-9、1030-11、1030-13、および1030-15)のうちの第1の入力導波路に光学的に接続されてよく、かつ第1の入力導波路によって送信されるべき光信号を発するように構成されてよい。同様に、第2の外側光送信機グループの光送信機(例えば、光送信機チップ110Gの光送信機110-19、110-23、110-27、および110-31)のそれぞれは、複数の第2の入力導波路(例えば、第2の入力導波路1030-19、1030-23、1030-27、および1030-31)のうちの第2の入力導波路に光学的に接続されてよく、かつ第2の入力導波路によって送信されるべき光信号を発するように構成されてよい。すなわち、各第2の入力導波路(例えば、第2の入力導波路1030-19、1030-23、1030-27、または1030-31)は、第2の外側光送信機グループ(例えば、光送信機チップ110Gの光送信機110-19、110-23、110-27、および110-31)のうちの光送信機に光学的に接続されてよく、かつ光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ受信された光信号を第2のリングのノード間導波路(例えば、ノード間導波路130-19、130-23、130-27、または130-31)に送信するように構成されてよい。一部の実施形態において、第1の外側光送信機グループ(例えば、光送信機チップ110Aの光送信機110-1、110-5、110-9、もしくは110-13、または光送信機チップ110Cの光送信機110-3、110-7、110-11、もしくは110-15)、あるいは第2の外側光送信機グループ(例えば、光送信機チップ110Gの光送信機110-19、110-23、110-27、および110-31)のうちの1つまたは複数の光送信機は、このようにして、光ニューラル・コンポーネント100を含むニューラル・ネットワークの入力の役割をしてよい。例えば、図10に示される導波路アーキテクチャが、完全なニューラル・ネットワークである光ニューラル・コンポーネント100を表す事例において、光送信機チップ110Cは、ニューラル・ネットワークの入力の役割をしてよい。
Optical transmitters of the first outer optical transmitter group (eg, optical transmitters 110-1, 110-5, 110-9, and 110-13 of the
ノード内信号線190-1、190-3、190-5、190-7、190-9、190-11、190-13、190-15、190-19、190-23、190-27、および190-31の代わりに、図10の導波路アーキテクチャは、前述されるとおりニューラル・ネットワークの入力および出力の例を与えるべき、この例において完全に省かれている送信機チップ110Cおよび受信機チップ120Cに接続された、リング間ノード内信号線1040-19、1040-23、1040-27、および1040-31、ならびに1040-1、1040-5、1040-9、および1040-13を代わりに含む。(限られたスペースのため、リング間ノード内信号線1040-19、1040-23、1040-27、および1040-31だけに、図10において参照符号が与えられる。恣意的な規約によって、接尾番号-19、-23、-27、および-31は、送信機チップのリングの対応するノード間導波路130-19、130-23、130-27、および130-31を参照することに留意されたい。)各リング間ノード内信号線(例えば、リング間ノード内信号線1040-19)は、第1の外側光受信機グループのうちの光受信機(例えば、光受信機120A)、および第2の外側光送信機グループのうちの光送信機(例えば、光送信機110G)に接続されてよく、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成されてよく、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。同様に、各リング間ノード内信号線(例えば、リング間ノード内信号線1040-1)は、第1の外側光送信機グループのうちの光送信機(例えば、光送信機110A)、および第2の外側光受信機グループのうちの光受信機(例えば、光受信機120G)に接続されてよく、かつ光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ電気信号を光送信機に送信するように構成されてよく、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく光受信機と光送信機を接続する。すなわち、リング間ノード内信号線を使用することによって、第1のリングの光受信機が、第2のリングの光送信機に接続されてよく、かつ第2のリングの光受信機が、第1のリングの光送信機に接続されてよく、その結果、リングを接続するニューロンとして機能してよいリング間ノードを形成する。このようにして、恣意的な数の送信機および受信機が、光ニューラル・コンポーネント100、または光ニューラル・コンポーネント100を備えるニューラル・ネットワークを拡大縮小すべく恣意的な数のリングをまたいで組み合わせられてよい。そのような拡大縮小は、リングを組み合わせて、スーパー・ループまたはスーパー・リングを形成すべく、それら自体、組み合わされて、さらにより大きい、より高次のリングまたは他の構造にされてよい、恣意的な数のより大きい、より高次のリングまたは他の構造にすることを含み得る。例えば、図10に示される2つのリングが、一次リングと見なされる場合、一連のそのような一次リングが、より大きい二次リングを形成すべく自らの上に曲がり込む並びにおいて接続され得る。そのような二次リングが、次に、同様の様態で他の二次リングに接続されてよいといった具体である。すべてのそのような接続は、例えば、図10に示されるとおり入力導波路および出力導波路によって実現され得る。
In-node signal lines 190-1, 190-3, 190-5, 190-7, 190-9, 190-11, 190-13, 190-15, 190-19, 190-23, 190-27, and 190 Instead of -31, the waveguide architecture of FIG. 10 should provide examples of the inputs and outputs of the neural network as described above, to the
図11は、本発明の実施形態による光ニューラル・コンポーネント100の導波路アーキテクチャの例示的な図を示す。図11において、第1の複数の一次リング1110が、図の左側に8つの一次リング1110を含む大きいリングによって表される、より大きい二次リングを形成すべく自らの上に曲がり込む並びにおいて接続される。第2の複数の一次リング1110が、図の右側に8つの一次リング1110を含む大きいリングによって表される、より大きい二次リングを形成すべく自らの上に曲がり込む同様の並びにおいて接続される。2つの二次リングを接続する1つの例示的な接続を含む、一次リング1110の間の接続(二重線として示される)が示される。2つの接続を有する一次リング1110のそれぞれは、図10の第1の(左端の)リングとして構造化されてよい一方で、3つの接続を有する一次リング1110のそれぞれも同様に、図10の第1の(左端の)リングとして構造化されてよいが、送信機チップ110と受信機チップ120のさらなるペアが、内側グループ(図10におけるチップ110/120Bおよび110/120Dを包含する)から外側グループ(図10におけるチップ110/120Aおよび110/120Cを包含する)に移動される。このため、図11における接続のそれぞれは、図10における送信機/受信機チップ110/120Aおよび110/120Gと同様に、接続された第1の一次リング1110の導波路および外側送信機/受信機チップ・ペアを包含してよい。図11における左端の突出した接続は、図11に示される二次リングのペア(図1における送信機/受信機チップ110/120Cおよび接続された導波路と同様の)のための入力/出力の役割をしてよい。図11の二次リングは、光ニューラル・コンポーネント100、または光ニューラル・コンポーネント100を備えるニューラル・ネットワークを拡大縮小すべく三次リングまたはより高次のリングになるように接続されてよい。
FIG. 11 shows an exemplary diagram of the waveguide architecture of the optical
前段の説明において、出力導波路(例えば、1010C-4)、入力導波路(例えば、1030-3)、およびリング間ノード内信号線(例えば、1040-19)は、それぞれ、受信する導波路(例えば、170D-3)、送信する導波路(例えば、150-4)、およびノード内信号線(例えば、190-20)とは異なる名称によって参照される。しかし、第1のリングおよび第2のリングとの関係は別にして、出力導波路、入力導波路、およびリング間ノード内信号線は、それぞれ、受信する導波路、送信する導波路、およびノード内信号線の例と見なされてよく、同一のそれぞれの構造を有してよい。したがって、本開示の全体にわたって、受信する導波路、送信する導波路、およびノード内信号線の任意の説明が、それぞれ、出力導波路、入力導波路、およびリング間ノード内信号線に同様に当てはまり得る。 In the previous description, the output waveguide (eg, 1010C-4), the input waveguide (eg, 1030-3), and the inter-ring node signal line (eg, 1040-19) are each receiving a waveguide (eg, 1040-19). For example, it is referred to by a different name from 170D-3), the waveguide to transmit (eg 150-4), and the signal line within the node (eg 190-20). However, apart from the relationship between the first ring and the second ring, the output waveguide, the input waveguide, and the inter-node signal line in the ring are the receiving waveguide, the transmitting waveguide, and the node, respectively. It may be considered as an example of an internal signaling line and may have the same respective structures. Accordingly, throughout the present disclosure, any description of the receiving waveguide, the transmitting waveguide, and the intra-node signal line applies equally to the output waveguide, the input waveguide, and the inter-ring node signal line, respectively. obtain.
前述したとおり、ノード間導波路130-1ないし130-32は、光送信機に専用であってよい。本開示の全体にわたって使用される参照符号によって示されるとおり、各光送信機チップの同じ位置付けの光送信機に関連付けられたノード間導波路(例えば、同一のチャネルのノード間導波路)、例えば、ノード間導波路130-1および130-2(光送信機チップ110Aの光送信機110-1、および光送信機チップ110Bの光送信機110-2にそれぞれ関連付けられた)は、ファインピッチ構造で隣接するように配置されてよい。代替として、送信機の差動ペア(例えば、光送信機110-1および110-5)に関連付けられたノード間導波路が、ファインピッチ構造で隣接するように配置されてよい。あるいは、別の代替として、各光送信機チップの光送信機のすべて(例えば、光送信機110-1、110-5、110-9、および110-13)に関連付けられたノード間導波路が、ファインピッチ構造で隣接するように配置されてよい。これら後者2つの代替に関して、ミラー140A~Hまたはミラー160A~H、あるいはその両方のそれぞれにおける別々のミラー要素の数を減らすことが可能である。
As described above, the internode waveguides 130-1 to 130-32 may be dedicated to the optical transmitter. Internode waveguides (eg, internode waveguides of the same channel) associated with the same positioned optical transmitter of each optical transmitter chip, eg, as indicated by reference numerals used throughout the present disclosure. The internode waveguides 130-1 and 130-2 (associated with the optical transmitter 110-1 of the
図1、図3~図6、図10、および図11において、かつ本説明の全体にわたって、光ニューラル・コンポーネント100が参照される。「光ニューラル・コンポーネント」という術語、および図面における対応する参照符号「100」は、本開示の全体にわたって説明される導波路アーキテクチャの任意のコンポーネントまたはコンポーネントの組合せ、例えば、図1、図3~図6、図10、または図11の全体、図1、図3~図6、図10、または図11の一部分、図1、図3~図6、図10、または図11の変形または拡張、あるいはその両方、あるいはニューラル・ネットワーク全体を含め、本開示において説明され、図面に特に示されない導波路アーキテクチャの任意の実施形態の任意の部分、変形、または拡張、あるいはその組合せを参照し得る。光ニューラル・コンポーネント100またはニューラル・ネットワークは、ニューラル・ネットワークのバランスを調整するために、光送信機の発せられた光信号のパワー、または光受信機の感度、あるいはその両方を調整する何らかの手段を含んでもよく、またはそのような手段に接続されてもよい。調整パラメータは、メモリに記憶され得る。そのような手段は、例えば、光ニューラル・コンポーネント100またはニューラル・ネットワークに接続されたコンピュータを含んでよい。そのようなコンピュータは、光ニューラル・コンポーネント100またはニューラル・ネットワークの実際的な機能、例えば、少なくとも部分的にニューラル・コンピューティングを使用する、もしくはニューラル・コンピューティングと協働するコンピュータ・プログラムを実行すること、フィルタ180(出力フィルタ1020を含む)の重みを変えること、ミラー160の反射係数を変えること、光送信機から光信号、例えば、命令されたパワーを有する初期の光信号を発する要求を発光すること、光受信機によって受信される光信号のパワーを監視し、かつ読み取ること、および値をコンピュータ・プログラムに戻すこと、その他をさらに提供してよい。コンピュータは、例えば、同一のパワーを有する光信号が光送信機によって発せられるように命令され、かつ同一の重みがすべてのフィルタに設定される場合、同一のパワー・レベルがすべての光受信機において測定され得るかどうかを確認してよく、かつコンピュータは、それに相応して調整を行ってよい。
Reference is made to the optical
本開示から理解され得るとおり、光ニューラル・コンポーネント100および関連する実施形態の特徴は、従来の技法に関連する欠点を回避することを可能にする。本明細書において示され、説明される導波路アーキテクチャを使用して、光ニューラル・コンポーネント100は、基板、例えば、プリント回路基板の上で互いに交差するように形成された導波路を介して損失の低い光信号伝送によって光スパイク・コンピューティングをサポートすることができる。したがって、開示される導波路アーキテクチャは、従来の電子アプローチの速度制限を取り除きながら、設計柔軟性(例えば、レイアウト、材料、その他)を可能にすることができる。
As can be understood from the present disclosure, the features of the optical
本発明の実施形態が説明されてきたが、本発明の技術範囲は、前段で説明される実施形態に限定されない。前段で説明される実施形態に様々な変更および改良が加えられ得ることが、当業者には明白である。また、特許請求の範囲から、そのような変更および改良が加えられた実施形態が、本発明の技術範囲に含まれ得ることも明白である。 Although embodiments of the present invention have been described, the technical scope of the present invention is not limited to the embodiments described in the preceding paragraph. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and improvements may be made to the embodiments described above. It is also clear from the claims that embodiments with such modifications and improvements may be included in the technical scope of the invention.
Claims (25)
複数の光送信機と、
複数の光受信機と、
基板上に形成された複数のノード間導波路と、
交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、送信する導波路のうちの少なくとも1つが少なくとも1つのノード間導波路と交差するように前記基板上に形成された複数の送信する導波路であって、それぞれが、前記複数の光送信機のうちの光送信機に光学的に接続され、かつ前記光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ前記光信号を、前記複数のノード間導波路のうちのノード間導波路に送信するように構成された、前記送信する導波路と、
反射された光信号をもたらすべく前記複数のノード間導波路のうちの前記ノード間導波路上で伝播する光信号をそれぞれが部分的に反射すべく、前記基板上に形成された複数のミラーと、
交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも1つの受信する導波路が前記ノード間導波路のうちの前記少なくとも1つと交差するように前記基板上に形成された複数の受信する導波路であって、それぞれが、前記複数の光受信機のうちの光受信機に光学的に接続され、かつ前記複数のミラーのうちのミラーによってもたらされる前記反射された光信号を受信するように、かつ前記反射された光信号を前記光受信機に送信するように構成された、前記受信する導波路と、
前記複数のミラーのうちの前記ミラーによってもたらされる前記反射された光信号に、前記反射された光信号が、前記反射された光信号を受信する前記受信する導波路によって前記光受信機に送信される前に、重みを適用するようにそれぞれが構成された、前記基板上に形成された複数のフィルタと
を備える光ニューラル・コンポーネント。 An optical neural component
With multiple optical transmitters,
With multiple optical receivers,
Multiple node-to-node waveguides formed on the board,
The core of one of the intersecting waveguides passes through the core or cladding of the other waveguide so that at least one of the transmitting waveguides intersects the at least one internode waveguide. A plurality of transmitting waveguides formed on a substrate, each of which is optically connected to an optical transmitter among the plurality of optical transmitters and emits an optical signal emitted from the optical transmitter. The transmitting waveguide configured to be received and to transmit the optical signal to the internode waveguide among the plurality of internode waveguides.
With a plurality of mirrors formed on the substrate so as to partially reflect the optical signal propagating on the internode waveguide among the plurality of internode waveguides to bring about the reflected optical signal. ,
The core of one of the intersecting waveguides passes through the core or cladding of the other waveguide so that at least one receiving waveguide intersects the at least one of the internode waveguides. A plurality of receiving waveguides formed on the substrate, each of which is optically connected to an optical receiver among the plurality of optical receivers and by a mirror among the plurality of mirrors. The receiving waveguide configured to receive the resulting reflected optical signal and to transmit the reflected optical signal to the optical receiver.
The reflected optical signal is transmitted to the optical receiver by the receiving waveguide for receiving the reflected optical signal to the reflected optical signal brought about by the mirror among the plurality of mirrors. An optical neural component with a plurality of filters formed on the substrate, each configured to apply weights prior to.
前記複数のノード間導波路は、前記2つ以上の光送信機のそれぞれに専用のノード間導波路を含む、請求項1に記載の光ニューラル・コンポーネント。 The plurality of optical transmitters include two or more optical transmitters that emit optical signals at the same wavelength, and the plurality of node-to-node waveguides are dedicated nodes to each of the two or more optical transmitters. The optical neural component of claim 1, comprising an interwavelength path.
前記複数の受信する導波路の各導波路の上で伝播する光信号は、前記受信する導波路が接続された前記光受信機に送信される間、前記複数の結合器のうちの結合器を介して前記複数の受信する導波路のうちの別の導波路上で伝播する光信号に光学的に加算され、前記光学的加算は、前記複数のフィルタのうちのあるフィルタによって重みが適用された後に行われる、請求項1に記載の光ニューラル・コンポーネント。 A plurality of couplers formed on the substrate, each configured to optically add an input optical signal to an optical signal propagating on the receiving waveguide among the plurality of receiving waveguides. Further prepared,
The optical signal propagating on each waveguide of the plurality of receiving waveguides is a coupler of the plurality of couplers while being transmitted to the optical receiver to which the receiving waveguide is connected. Optically added to an optical signal propagating on another of the plurality of received waveguides through the optical addition, the optical addition is weighted by one of the plurality of filters . The optical neural component according to claim 1, which is performed later.
前記少なくとも1つの結合器は、前記入力光信号が前記Y字形の導波路構造の第2の入口アームに入り、かつ前記第2の入口アームが前記Y字形の導波路構造の前記第1の入口アームと出会う前記第1の受信する導波路上で伝播する光信号に加わるように、前記入力光信号として、前記複数の受信する導波路のうちの第2の受信する導波路上で伝播する光信号を受信するように構成される、請求項4に記載の光ニューラル・コンポーネント。 The plurality of couplings include at least one coupling having a Y-shaped waveguide structure connected to the first receiving waveguide of the plurality of waveguides by a first inlet arm and an exit arm. ,
In the at least one coupler, the input optical signal enters the second inlet arm of the Y-shaped waveguide structure, and the second inlet arm is the first inlet of the Y-shaped waveguide structure. Light propagating on the second receiving waveguide of the plurality of receiving waveguides as the input optical signal so as to be added to the optical signal propagating on the first receiving waveguide that meets the arm. The optical waveguide according to claim 4, which is configured to receive a signal.
前記光送信機チップは、1つまたは複数の光送信機が第1の波長で第1の光信号を発する第1の光送信機チップと、1つまたは複数の光送信機が前記第1の波長で第2の光信号を発する第2の光送信機チップとを含む、請求項8に記載の光ニューラル・コンポーネント。 The plurality of semiconductor chips include an optical transmitter chip and an optical receiver chip, each of the optical transmitter chips including one or more of the plurality of optical transmitters, and the optical receiver. Each of the machine chips comprises one or more of the optical receivers, and the optical transmitter chip is such that one or more optical transmitters emit a first optical signal at a first wavelength. 8. The optical neural according to claim 8, comprising one optical transmitter chip and a second optical transmitter chip in which one or more optical transmitters emit a second optical signal at said first wavelength. component.
前記光受信機チップのそれぞれは、同一の数の光受信機を含み、
前記光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の数は、前記光受信機チップそれぞれに含まれる光受信機の数と同一であり、かつ
前記送信する導波路を介して前記光送信機チップのそれぞれに接続されたノード間導波路の数は、前記光送信機チップのそれぞれに含まれる光送信機の前記数、および前記光受信機チップのそれぞれに含まれる光受信機の前記数と同一である、請求項9に記載の光ニューラル・コンポーネント。 Each of the optical transmitter chips contains the same number of optical transmitters.
Each of the optical receiver chips contains the same number of optical receivers.
The number of optical transmitters included in each of the optical transmitter chips is the same as the number of optical receivers included in each of the optical receiver chips, and the optical transmitter chip is transmitted via the waveguide. The number of internode waveguides connected to each of the above is the same as the number of optical transmitters included in each of the optical transmitter chips and the number of optical receivers included in each of the optical receiver chips. The optical neural component according to claim 9.
前記複数の送信する導波路は、前記基板に垂直な方向からの光を前記基板に平行な方向に向け直すように構成された入口ミラーを介して前記複数の光送信機に接続され、かつ
前記複数の受信する導波路は、前記基板に平行な前記方向からの前記光を前記基板に垂直な前記方向に向け直すように構成された出口ミラーを介して前記複数の光受信機に接続される、請求項8に記載の光ニューラル・コンポーネント。 In each of the plurality of semiconductor chips, the at least one optical transmitter included in the semiconductor chip or the at least one optical receiver included in the semiconductor chip is positioned so as to face the substrate.
The plurality of transmitting waveguides are connected to the plurality of optical transmitters via an inlet mirror configured to direct light from a direction perpendicular to the substrate in a direction parallel to the substrate, and said. The plurality of receiving waveguides are connected to the plurality of optical receivers via an outlet mirror configured to direct the light from the direction parallel to the substrate in the direction perpendicular to the substrate. , The optical neural component of claim 8.
各ノード内信号線は、前記複数の光受信機のそれぞれの光受信機、および前記複数の光送信機のそれぞれの光送信機に接続され、かつ前記光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ前記電気信号を前記光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく前記光受信機と前記光送信機を接続する、請求項8に記載の光ニューラル・コンポーネント。 Further equipped with signal lines in multiple nodes,
The signal line in each node is connected to each optical receiver of the plurality of optical receivers and each optical transmitter of the plurality of optical transmitters, and the power of the optical signal received by the optical receiver. The optical receiver and the optical transmitter are connected so as to receive an electric signal representing the above and to transmit the electric signal to the optical transmitter, and as a result, to form input and output of a neuron. The optical neural component according to claim 8.
前記複数の光送信機は、前記第1のリングの内側に置かれた2つ以上の光送信機を有する第1の内側光送信機グループを含み、かつ
前記複数の光受信機は、前記第1のリングの内側に置かれた2つ以上の光受信機を有する第1の内側光受信機グループを含む、請求項1に記載の光ニューラル・コンポーネント。 The plurality of internode waveguides include a first ring having two or more internode waveguides arranged as concentric loops.
The plurality of optical transmitters includes a first inner optical transmitter group having two or more optical transmitters placed inside the first ring, and the plurality of optical receivers are said to be the first. The optical neural component of claim 1, comprising a first inner optical receiver group having two or more optical receivers located inside one ring.
前記光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも1つの第1の出力導波路が前記第1のリングの少なくとも1つのノード間導波路と交差するように前記基板上に形成された複数の第1の出力導波路をさらに備え、各第1の出力導波路は、前記第1のリングの外側に接続され、かつ前記第1のミラー・グループのうちの第1のミラーによってもたらされる前記反射された光信号を受信するように、かつ前記反射された光信号を前記第1のリングの外側に送信するように構成される、請求項18に記載の光ニューラル・コンポーネント。 Each mirror is configured such that the plurality of mirrors partially reflect the optical signal propagating on the internode waveguide of the first ring in order to bring about the reflected optical signal. Including groups
In the optical neural component, the core of one of the intersecting waveguides passes through the core or cladding of the other waveguide, and at least one first output waveguide is of the first ring. Further comprising a plurality of first output waveguides formed on the substrate to intersect at least one internode waveguide, each first output waveguide is connected to the outside of the first ring. And to receive the reflected optical signal brought about by the first mirror of the first mirror group and to transmit the reflected optical signal to the outside of the first ring. 18. The optical waveguide component of claim 18.
前記複数のノード間導波路は、同心のループとして配置された2つ以上のノード間導波路を有する第2のリングを含み、
前記複数の光送信機は、前記第2のリングの内側に置かれた2つ以上の光送信機を有する第2の内側光送信機グループと、前記第2のリングの外側に置かれた2つ以上の光送信機を有する第2の外側光送信機グループとを含み、
前記複数の光受信機は、前記第2のリングの内側に置かれた2つ以上の光受信機を有する第2の光受信機グループを含み、
前記光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも1つの第2の入力導波路が少なくとも1つの第2のリングのノード間導波路と交差するように前記基板上に形成された複数の第2の入力導波路をさらに備え、各第2の入力導波路は、前記第2の外側光送信機グループのうちの光送信機に光学的に接続され、かつ前記光送信機から発せられた光信号を受信するように、かつ前記受信された光信号を前記第2のリングのノード間導波路に送信するように構成され、かつ
前記複数のノード内信号線は、複数のリング間ノード内信号線を含み、各リング間ノード内信号線は、前記第1の外側光受信機グループのうちの光受信機、および前記第2の外側光送信機グループのうちの光送信機に接続され、かつ前記光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ前記電気信号を前記光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく前記光受信機と前記光送信機を接続する、請求項21に記載の光ニューラル・コンポーネント。 Further equipped with signal lines in multiple nodes,
The plurality of internode waveguides include a second ring having two or more internode waveguides arranged as concentric loops.
The plurality of optical transmitters are a second inner optical transmitter group having two or more optical transmitters placed inside the second ring and two placed outside the second ring. Including a second outer optical transmitter group having one or more optical transmitters,
The plurality of optical receivers include a second optical receiver group having two or more optical receivers placed inside the second ring.
In the optical neural component, the core of one of the intersecting waveguides passes through the core or cladding of the other waveguide, and at least one second input waveguide is at least one second. It further comprises a plurality of second input waveguides formed on the substrate so as to intersect the internode waveguides of the ring, each second input waveguide being among the second outer optical transmitter group. Optically connected to the optical transmitter and to receive the optical signal emitted from the optical transmitter, and to transmit the received optical signal to the internode waveguide of the second ring. The plurality of intra-node signal lines include a plurality of inter-ring node intra-node signal lines, and each inter-ring node intra-node signal line is an optical receiver in the first outer optical receiver group. And to receive an electrical signal that is connected to an optical transmitter in the second outer optical transmitter group and that represents the power of the optical signal received by the optical receiver, and that the electrical signal is the optical. 21. The optical neural component of claim 21, which is configured to transmit to a transmitter, thereby connecting the optical receiver to the optical transmitter to form the inputs and outputs of a neuron.
前記複数のノード間導波路は、同心のループとして配置された2つ以上のノード間導波路を有する第2のリングを含み、
前記複数の光送信機は、前記第2のリングの内側に置かれた2つ以上の光送信機を有する第2の内側光送信機グループを含み、
前記複数の光受信機は、前記第1のリングの外側に置かれた2つ以上の光受信機を有する第1の外側光受信機と、前記第2のリングの内側に置かれた2つ以上の光受信機を有する第2の内側光受信機グループと、前記第2のリングの外側に置かれた2つ以上の光受信機を有する第2の外側光受信機グループとを含み、
前記複数のミラーは、第2のミラー・グループを含み、前記第2のミラー・グループの各ミラーは、前記第2のリングの反射された光信号をもたらすべく前記第2のリングのノード間導波路上で伝播する光信号を部分的に反射するように構成され、
前記光ニューラル・コンポーネントは、交差する導波路のうちの一方の導波路のコアが他方の導波路のコアもしくはクラッドを通過して、少なくとも1つの第2の出力導波路が少なくとも1つの第2のリングのノード間導波路と交差するように前記基板上に形成された複数の第2の出力導波路をさらに備え、各第2の出力導波路は、前記第2の外側光受信機グループのうちの光受信機に光学的に接続され、かつ前記第2のミラー・グループのうちのミラーによってもたらされる前記第2のリングの前記反射された光信号を受信するように、かつ前記第2のリングの前記反射された光信号を前記光受信機に送信するように構成され、かつ
前記複数のノード内信号線は、複数のリング間ノード内信号線を含み、各リング間ノード内信号線は、前記第1の外側光受信機グループのうちの光送信機、および前記第2の外側光受信機グループのうちの光受信機に接続され、かつ前記光受信機によって受信される光信号のパワーを表す電気信号を受信するように、かつ前記電気信号を前記光送信機に送信するように構成され、その結果、ニューロンの入力および出力を形成すべく前記光受信機と前記光送信機を接続する、請求項24に記載の光ニューラル・コンポーネント。 Further equipped with signal lines in multiple nodes,
The plurality of internode waveguides include a second ring having two or more internode waveguides arranged as concentric loops.
The plurality of optical transmitters includes a second inner optical transmitter group having two or more optical transmitters placed inside the second ring.
The plurality of optical receivers are a first outer optical receiver having two or more optical receivers placed outside the first ring and two placed inside the second ring. A second inner optical receiver group having the above optical receivers and a second outer optical receiver group having two or more optical receivers placed outside the second ring are included.
The plurality of mirrors include a second mirror group, and each mirror in the second mirror group is guided between nodes of the second ring to provide a reflected optical signal of the second ring. It is configured to partially reflect the optical signal propagating on the waveguide,
In the optical neural component, the core of one of the intersecting waveguides passes through the core or cladding of the other waveguide, and at least one second output waveguide is at least one second. It further comprises a plurality of second output waveguides formed on the substrate so as to intersect the internode waveguides of the ring, each second output waveguide being among the second outer optical receiver group. Optically connected to the optical receiver of the second ring and to receive the reflected optical signal of the second ring brought about by the mirrors of the second mirror group. The reflected optical signal of the above is configured to be transmitted to the optical receiver, and the plurality of intra-node signal lines include a plurality of inter-ring node intra-node signal lines, and each inter-ring node intra-node signal line. The power of the optical signal connected to the optical transmitter in the first outer optical receiver group and the optical receiver in the second outer optical receiver group and received by the optical receiver. It is configured to receive the representing electrical signal and to transmit the electrical signal to the optical transmitter, thus connecting the optical receiver to the optical transmitter to form the inputs and outputs of the neuron. 24. The optical neural component according to claim 24.
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